Master studij: Drumski i gradski

Predmet: Modeli, simulacije i animacije u saobraćaju

Seminarski rad II

STUDENT: MENTORI:

Eldar TINJIĆ, 133-II/13 Dr Ranko BOŽIČKOVIĆ Darko DRAGIĆ, mr

Doboj, januar 2014. godine

SADRŽAJ

1. UVOD .......................................................................................................................... 3

2. ZADATAK ..................................................................................................................... 52.1. Simulacija trenutnog stanja saobraćaja na raskrsnici ......................................... 52.2. Simulacija saobraćaja na raskrsnici u specijalnim uslovima .................................. 62.2.1. Povećanje zastupljenosti TTV .............................................................................. 62.2.2. Povećanje obima saobraćaja ............................................................................ 82.3. Uvođenje kružnog toka ...................................................................................... 9

3. ZAKLJUČAK .................................................................................................................. 113.1. Analiza rezultata ................................................................................................. 113.2. Analiza softvera .................................................................................................. 11

4. LITERATURA ................................................................................................................ 13

1. UVOD

Simulacijski modeli su modeli dinamičkih sistema, tj. sistema koji se mijenjaju u vremenu. Tipična primjena simulacijski modela je u područjima inženjerstva i ekonomije. Simulacijski modeli moraju najprije omogućiti ispravan prikaz i efikasno izvođenje pomaka vremena. Takođe je bitno omogućavanje istovremenog odvijanja aktivnosti, te opisivanje procesa koji konkuriraju za iste resurse. Ti su zahtjevi znatan problem za modeliranje, zbog čega su se simulacijski modeli razvili u posebnu kategoriju modela. Razvijeni su i specifični alati za konceptualno modeliranje i specifični programski jezici kao adekvatna sredstva za posebne zahtjeve simulacijskog modeliranja.

Zbog nemogućnosti prikaza složenih dinamičkih sistema u analitičkom obliku, modeli su zadani u proceduralnom obliku kojim se prikazuje način sistema rada. Problem se rješava numerički, provođenjem eksperimenata modelom koji oponašaju razvoj sistema u vremenu. Primjer sistema koji se modeliraju i analiziraju simulacijskim modeliranjem su diskretni sistemi, npr. proizvodni procesi i transportni sistemi, te kontinuirani sistemi s povratnom vezom, npr. iskorištavanje resursa na Zemlji i dinamika promjene populacija biljaka i životinja.

Kod primjene simulacijskog modeliranja ne može se dobiti rješenje u analitičkom obliku, u kojem su zavisne varijable funkcije nezavisnih varijabli, već se rješenje problema dobiva eksperimentisanjem modelom sistema. Pri tome simulacijski eksperimenti daju kao rezultat skup tačaka, tj. vrijednosti varijabli za pojedine vrijednosti nezavisnih varijabli. Zbog slučajnog karaktera varijabli modela dobiva se čak i više različitih vrijednosti zavisnih varijabli za istu vrijednost nezavisnih varijabli, tj. eksperimenti daju određeni uzorak vrijednosti zavisnih varijabli. Pri tome planiranje i analiza simulacijskih eksperimenata zahtijevaju statistički pristup.

Savremeno modeliranje nezamislivo je bez računara. Računar, uz različite metode i programske alate omogućuje dobar ambijent za stvaranje složenih modela i efikasan rad s njima. Računari se u modeliranju koriste u dvije različite svrhe: u razvoju modela i u izvođenju procjena na temelju stvorenog modela. Kod razvoja modela koristi se računar kao stroj koji manipulira simbolima - tako je moguće manipulirati i grafičkim objektima, memorisati ih, pa čak i transformisati u druge oblike. Na temelju razvijenih konceptualnih modela moguće je automatski generirati odgovarajuće računarske programe.

Izvođenje procjene razvijenim računarskim programom koristi se brzinom rada računara kao odlučujućim faktorom koji omogućuje da se u razumnom periodu izvedu raznovrsne analize alternativnih struktura modela i promjenljivih vanjskih uslova. Modeliranje korištenjem računara tako postaje disciplina koja može adekvatno i efikasno prikazivati složene sisteme, te oblikovati i ispitivati njihovo ponašanje.

Specifičnosti simulacijskog modeliranja računar takođe veoma dobro podržava. Grafički prikaz sistema koji se modelira i animacija rada sistema tokom izvođenja simulacijskih eksperimenata omogućuju lakše vrednovanje logike i dinamike rada simulacijskih modela te lakše praćenje razvoja modela u vremenu, što je posebno zanimljivo za korisnike simulacijskog modeliranja. Automatsko generisanje programa dovodi do značajnog skraćivanja vremenskog ciklusa razvoja modela i uvođenja izmjena u model, pa stoga i

omogućuje duže ukupno vrijeme za analizu rada modela i ispitivanje većeg broja alternativa u poređenju s klasičnim pisanjem programa. Velika brzina rada računara ujedno omogućuje da se kod modela sa slučajnim varijablama izvede veći broj eksperimenata kako bi se stvorili uzorci potrebne veličine.

Osim toga, simulacijsko modeliranje se sve više povezuje sa bazama podataka i savremene koncepte i alate umjetne inteligencije: baze znanja, ekspertne sisteme, obradom prirodnog jezika i slično. Kao posljedica toga, simulacijsko modeliranje pruža sve veću mogućnost u formulisanju i rješavanju složenih problema i sve je pristupačnije za korištenje.

Osnovne komponente simulacijskog modeliranja su:

Sistem, odnosno skup komponenata koje djeluju zajednički kako bi ostvarile zadani

cilj ili funkciju. Zbog međudjelovanja komponenata sistema nastaje evolucija

ponašanja sistema u vremenu.

Model (konceptualni model), odnosno formalni apstraktni prikaz sistema. Model

prikazuje strukturu sistema, komponente sistema i njihovo međudjelovanje.

Program (računarski model), odnosno temeljan opis strukture i načina rada modela.

Računar, odnosno računarski proces koji na temelju instrukcija programa i ulaznih

podataka generira razvoj modela u vremenu.

2. ZADATAK

Zadatak seminarskog rada je simulacija saobraćaja na raskrsnici koja je regulisana svjetlosnom signalizacijom. Ulazni podaci simulacije su protoci na raskrsnici, odnosno po pravcima i smjerovima raskrsnice. Simulacija je izvršena u softverskom paketu Synchro 7.

Simulacija se sastoji od tri dijela:

simulacija trenutnog stanja saobraćaja na raskrsnici simulacija saobraćaja na raskrsnici u specijalnim uslovima simulacija saobraćaja na raskrsnici uvođenjem kružnog toka

2.1. Simulacija trenutnog stanja saobraćaja na raskrsnici

Izvršen je unos podataka za četvorokraku raskrsnicu regulisanu svjetlosnom signalizacijom. Na slici 1. je prikazan protok raskrsnice po smjerovima.

Slika 1. Protok na četvorokrakoj raskrsnici

Nakon unošenja podataka u softver, vrši se automatsko računanje trajanja faza i ciklusa. Na osnovu ovih podataka, softver procjenjuje ukupno trajanje ciklusa od 60 sekundi. Ovo vrijeme je podijeljeno u dvije faze. Faza 1 traje 25 sekundi, a faza 2 takođe traje 25 sekundi. Zeleni intervali traju po 21 sekundu, a ostatak vremena se odnosi na žuti interval i zaštitna vremena.

Način obavljanja saobraćaja na raskrsnici je moguće provjeriti pomoću softvera SimTraffic, a podaci za pokretanje softvera i same simulacije su pohranjeni na CD-u.

Tabela 1. Vrijednosti saobraćajnih parametara trenutnog stanja na raskrsnici

2.2. Simulacija saobraćaja na raskrsnici u specijalnim uslovima

2.2.1.Povećanje zastupljenosti teških teretnih vozila

Kako bi bili u mogućnosti simulirati saobraćaj sa povećanjem procenta učešća teških teretnih vozila u saobraćaju, potrebno je korigovati ove vrijednosti u tabelama softvera. Početne vrijednosti koje se uzimaju kao standardne su 2% učešća teških teretnih vozila, kako u ukupnom saobraćaju na raskrsnici, tako i po smjerovima.

Povećanje zastupljenosti teških teretnih vozila se može postići na mnogo načina, a za naše potrebe dovoljno je ispitati dva načina:

drastičnim povećanjem učešća teških teretnih vozila u jednom smjeru primjetnim povećanjem učešća teških teretnih vozila u svim smjerovima

a) Povećanje učešća TTV u jednom smjeru

Korištenjem početnih podataka protoka na raskrsnici i korigovanjem samo jednog faktora, u jednom smjeru dolazi do vremenskih promjena u trajanju faza, ali ne i ciklusa. U ovom slučaju dužina trajanja ciklusa ostaje 60 sekundi, ali zeleni interval faze 1 (koja obuhvata korigovani smjer) traje dvije sekunde duže, dok zeleni interval faze 2 traje dvije sekunde kraće.

Tabela 2. Vrijednosti saobraćajnih parametara za situaciju A1

Tabela 2. Vrijednosti saobraćajnih parametara za situaciju A1

Slika 2. Prikaz konflikta prouzrokovanog povećanjem procenta TTV

b) Povećanje učešća TTV u svim smjerovima

Ukoliko izvršimo korekciju faktora TTV za sve smjerove raskrsnice, primjetićemo da je ponovo došlo do promjene u trajanju zelenog intervala faza 1 i 2. Iako su promjenjeni procenti za sve smjerove obje faze, došlo je do korekcije ukupnog vremena trajanja ciklusa na 50 sekundi, vremena trajanja faze 1 na 22 sekunde, a faze 2 na 20 sekundi. Razlog promjene odnosa trajanja faza leži u procentu ukupnog saobraćaja. Isto povećanje procenta TTV za obje

faze će proizvesti različita povećanja apsolutne vrijednosti teških teretnih vozila. To znači da faza za većim ukupnim protokom ima i veći broj TTV.

Tabela 3. Vrijednosti saobraćajnih parametara za situaciju A2

Slika 3. Prikaz konflikta prouzrokovanog povećanjem procenta TTV

2.2.2.Povećanje obima saobraćaja

Kako bi se bolje razumjele sposobnosti i ograničenja raskrsnice, izvršit ćemo softversko ispitivanje protoka i simulaciju u uslovima povećanog protoka. U ovom slučaju biće izvršeno povećanje protoka za 100%, i to po svim smjerovima. Ova promjena ne bi trebala da dovede do većih promjena u vremenskoj raspodjeli samog ciklusa, ali bi mogla prouzrokovati zagušenja u saobraćaju, odnosno veća čekanja.

Tabela 4. Vrijednosti saobraćajnih parametara za situaciju B

Nakon unošenja novih podataka, softver vrši automatsku proračun vrijednosti odnosa obima i kapaciteta saobraćaja. Povećanje saobraćaja za 100% je dovelo do povećanje pomenutog faktora za 183%, odnosno na 2,61. Na slici 5. je prikazana simulacija saobraćaja u ovim uslovima, odnosno primjetno je pogoršanje uslova saobraćaja u odnosnu na početno stanje.

Slika 5. Simulacija saobraćaja nakon povećanja protoka

2.3. Analiza rezultata

Analiza rezultata se odnosi na rješenje, odnosno odabir načina regulisanja saobraćaja na datoj raskrsnici. Obrađeni su podaci za jednu vrstu rasrsknice:

četverokraka raksrsnica

Synchro 8 je softver koji nam omogućava proračun vremenskih intervala trajanja svjetlosnih signala i redova čekanja. Proračun se vrši na osnovu unešenih podataka, u ovom slučaju osnovni podatak predstavlja protok.

Tip raskrsniceOdnos

vozilo/kapacitetVrijeme čekanja

Cikus signalizacije

Ocjena

Četverokraka (Standard) 0,98 27,6 s 50 s C

Četverokraka (Obim) 2,61 280,3 s 55 s E

Četverokraka (TTV I) 0,95 21,7 s 60 s B

Četverokraka (TTV II) 1,13 41,7 s 50 s D

Tabela 6. Rezultati softverskog proračuna

Za ispitane uslove protoka, najbolji rezultati su postignuti na prvoj (baznoj) raskrsnici. Povećanjem broja vozila, dolazi i do povećanja odnosa vozilo/kapacitet, samim time i vremena čekanja, što dovodi do pogoršanja uslova saobraćaja. U situacijama povećanja broja TTV za jedan, odnosno sve smjerove, dolazi i do povećanja vremena čekanja, što je takođe logično, ukoliko uzmemo u obzir da teška teretna vozila zauzimaju više prostora, te im je potrebno više vremena za prolazak kroz raskrsnicu.

2.4. Analiza softvera

Seminarski rad obuhvata analizu softvera Synchro 8, odnosno njegovu primjenu u svakodnevnom saobraćaju. Izvršena je analiza nekoliko različitih uslova saobraćaja na raskrsnici, te su za svaku situaciju izvršene i simulacije. Primjena softverskih paketa u saobraćaju može biti od velikog značaja, a osnovne prednosti su:

automatski proračuni različitih faktora u saobraćaju pregledna analiza specifičnih situacija ogromna ušteda novčanih sredstava

Kada govorimo o automatskim proračunima, tu se prije svega misli na proračune faktora na osnovu već unešenih podataka, poput protoka, zastupljenosti određene vrste vozila, širine trake, broja kolovznih traka, itd.

Eventualne prijedloge rješenja problema raskrsnice moguće je analizirati u 2D i 3D varijanti, a korekcija ulaznih vrijednosti je veoma jednostavna.

Ogromna ušteda novčanih sredstava se odnosi na poređenje simulacije i eksperimenta. Softverska simulacija je neuporedivo jeftinija varijanta u odnosu na sprovođenje eskperimenta u stvarnim uslovima.

Međutim, postoje i određeni nedostaci softverskog simuliranja. Osnovni nedostatak jeste što on nikad ne može obuhvatiti sve faktore, a i sami faktori nisu primjenjivi pod istim uslovima na različitim lokacijama. Simulacija može dati približne uslove, ali nije moguće garantovati 100[%] tačnost izvođenja simulacije u odnosu na realne uslove, ukoliko bi određena simulacija bila primjenjena u praksi kao rješenje problema.

U svakom slučaju prednosti softverskog simuliranja su velike, a u ovom radu je objašnjeno par postupaka pomoću kojih možemo dobiti jasniju sliku promjene uslova saobraćaja. Prvi se odnosi na procenat TTV u saobraćaju, odnosno kako saobraćaj na jednoj raskrsnici odgovara na povećanje ili smanjenje procenta učešća teških teretnih vozila. Ova simulacija može biti od velike koristi ukoliko se predviđa povećanje procenta ovih vozila u stvarnim uslovima. To može biti slučaj ukoliko se u neposrednoj blizini raksrsnice planira konstrukcija autobaze, logističkih centara, skladišta ili drugog vida objekta koji bi doprinio povećanju učešća TTV na posmatranoj raskrsnici.

U drugom slučaju je analizirana i simulirana razlika u vrsti raskrsnice, te kako promjena iste utiče na dužinu čekanja unutar raskrsnice. U našim uslovima smo zaključili da promjena raskrsnice regulisane svjetlosnom signalizacijom u kružnu rakrsnicu nije povoljna. Iz podataka koji su priloženi takvi rezultati su i očekivani, ali u situacijama kada su vrijednosti granične, odnosno kada je obim saobraćaja približan graničnim vrijednostima uspostavljanja kružne raskrsnice ili raskrsnice sa svjetlosnom signalizacijom ili čak neregulisane raskrsnice, softverska simulacija može pomoći u odabiru optimalnog rješenja.

Napokon, u trećem slučaju je izvršena analiza protočnosti na raskrsnici prilikom otežanih uslova saobraćaja. Vrijednosti su drastično povećane kako bi se naglasio efekat, kao i objasnio rad softvera. U realnim uslovima, ova analiza može biti korištena u slučaju redovnog godišnjeg porasta saobraćaja koji se dešava pogotovo u zemljama u razvoju. Na osnovu toga možemo nekoliko godina unaprijed procijeniti da li je potrebno proširenje, odnosno uvođenje dodatnih kolovoznih traka i za koje pravce, da li je potrebna promjena ciklusa svjetlosne signalizacije, itd.

Postoji još mnogo različitih načina na koji se može analizirati stanje saobraćaja na putnoj mreži korištenjem ovog softvera, što ga čini veoma pogodnim za svakodnevnu primjenu u projektovajnu i regulisanju saobraćaja.

ZAKLJUČAK

Kod izrade modela nekog sistema ne treba težiti identičnoj kopiji realnog sistema, već treba napraviti model koji će na pravi način predstaviti realan system i koji će pružiti relevantne podatke. Uvijek treba imati u vidu da simulacija podrazumijeva određene pretpostavke koje je čine lakšom. Iz tog razloga treba težiti što je moguće jednostavnijem modelu. Nakon izrade modela obavezno treba verifikovati model i sagledati da li je validan. Najbolja izrada modela je korak po korak, tj. pravljenje modela za svaku manju cjelinu u sistemu, a model kompletnog sistema se dobija adekvatnim povezivanjem tih manjih modela.

Simulacija je podloga za donošenje važnih odluka vezanih za sistem. Analizom rezultata simulacije moguće je utvrditi šta je to što je dobro, a šta nije dobro u sistemu i šta treba uraditi da sistem bolje funkcioniše.

LITERATURA

[1] Douglas C. Montgomer Design and Analysis of Experiments, 5th Edition, John Wiley & Sons, INC., 2001

[2] R.Radanović, “Teorija modeliranja i simulacija”, Univerzitet u Novom Sadu, Fakultet tehničkih nauka, Novi Sad, 2005.

[3] Lj. Šimunović, MODELIRANJE, SIMULACIJE I UPRAVLJANJE PROMETOM, Fakultet prometnih znanosti Zagreb, 2012.

[4] V. Čerić, SIMULACIJSKO MODELIRANJE, Fakultet prometnih znanosti Zagreb, 1993.

[5] SYNCHRO 8 MANUAL

[6] R. Božičković, Autorizovana predavanja, Saobraćajni fakultet Doboj, 2014