Eerste grootschalige toepassing van STAQ (Static Traffic Assignment with Queuing) Luuk Brederode...
-
Upload
christa-jacobs -
Category
Documents
-
view
214 -
download
1
Transcript of Eerste grootschalige toepassing van STAQ (Static Traffic Assignment with Queuing) Luuk Brederode...
Eerste grootschalige toepassing van STAQ (Static Traffic Assignment with Queuing)
Luuk Brederode
PLATOS colloqium 5 maart 2014
pagina 2
INHOUD
» STAQ: wat is het (ook alweer)?
» Toepassing Vlaanderen
» Vervolg
pagina 3
WAT IS STAQ
pagina 4
Wat is STAQ
STAQ is een propagatiemodel (network loading model)
» Is dus onderdeel van laatste stap van vierstapsmodel: de toedeling
» Is ingebouwd in StreamLine raamwerk binnen OmniTRANS
Initialisatie
Routekeuze model
Propagatie model
Routes en freeflow reistijden
Routefracties
Reistijden
STAQ
MNL of PCL icm MSA
Routesetgeneratie
pagina 5
Wat is STAQ?
STAQ
» Levert realistische reistijden alternatief voor reistijdfuncties
» Houdt rekening met doserende werking bottlenecks en wachtrijvorming
» Zet files op correcte plek
» Gebruikt zelfde matrix en netwerk als statische toedeling
» Is veel sneller dan dynamische toedeling
» Is transparant en consistent met verkeersstroomtheorie
» Levert kiemen als bijproduct
» Is een volwaardige vervanger van de statische toedeling
» Is geschikt voor korte én lange termijn prognoses (strategische modellen)
pagina 6
Wat is STAQ
Capaciteit = 4000 veh/h
Capaciteit = 6000 veh/h
Vervoersvraag = 4200 veh/h
A B
Wat is na een uur de filelengte en de reistijd van A naar B?
In traditioneel statisch toedelingsmodel:
- geen fysieke filelengte, vertraging in de bottleneck
- reistijd berekend via reistijdfunctie:
0 1a
AB aa a
a a
qt t
C
pagina 7
Wat is STAQ
Wat is na een uur de filelengte en de reistijd van A naar B?
Capaciteit = 4000 veh/h
Capaciteit = 6000 veh/h
Vervoersvraag = 4200 veh/h
A
In realistisch dynamisch toedelingsmodel:
- filelengte: 1150m
- reistijd: 12 min.
0
6000
4000
2000
100 200 300 400Dichtheid (veh/km)
Inte
nsite
it (v
eh/h
)
v1
v2
,v3
BBState 2
State 1
State 3
pagina 8
Wat is STAQ
STAQ is quasi-dynamisch:
» Veronderstelt stationaire verkeersvraag:
» Veronderstelt instantane propagatie wanneer niet in wachtrij:
STAQ kent twee fasen
» Squeuzing fase afknijpen van flows op capaciteit (kiemen/verticale wachtrijen)
– Statisch model met harde capaciteitsbeperkingen (fixed point problem)
» Queueing fase bepalen van horizontale wachtrijen
– Dynamisch model (event based rekenen op basis van G-LTM)
» Reistijdbepaling op basis van cumulatieve in- en outflows
7.00 9.007.00 9.00
O1
O2D2
D1
Wat is STAQ
Wat is na een uur de filelengte en de reistijd van A naar B?
Capaciteit = 4000 veh/h
Capaciteit = 6000 veh/h
Vervoersvraag = 4200 veh/h
A B
In STAQ: Squeezing…- filelengte: 1150m- reistijd: 12 min.
Queuing…
40000.95
4200
Total traveltime on link (vtg*h)
pagina 10
Wat is STAQCum Inflow
Cum Outflow
Queuing time
Cu
mu
latie
ve fl
ow
0 0.25 0.5 0.75 1
Freeflow traveltime of link
Unconstrained travel demand for link
pagina 11
TOEPASSING VLAANDEREN
TESTCASE
VERGELIJKING STAQ EN STREAMLINE OP MODEL LEUVEN
pagina 12
» In opdracht van Vlaams Verkeerscentrum (ontwikkelingstraject Vlaamse
strategische personenmodellen versie 4 )
» Vergelijking filebeelden StreamLine Model E314/E40 Leuven avondspits 2012
• Streamline
• STAQ - Squeezing
• STAQ
• Statisch
» In plaatjes:
• Bandbreedte: intensiteiten
• Kleur: percentage van free flow snelheid (IC verhouding voor statisch)
• Na 35 iteraties
StreamLine referentiebeeld (iteratie 35)
STAQ Squeezing: verticale wachtrijen
STAQ queuing: snelheden als % van vrije snelheid
(% vrije snelheid)
Statische IC verhoudingen
pagina 16
Reistijdvergelijking HWN
Definitie trajecten OWN
Reistijdvergelijking OWN
00:00
02:30
05:00
07:30
10:00
12:30
15:00
17:30
20:00
22:30
25:00
27:30ro
ute
01
_ri
1
rou
te0
1_
ri2
rou
te0
2_
ri1
rou
te0
2_
ri2
rou
te0
3_
ri1
rou
te0
3_
ri2
rou
te0
4_
ri1
rou
te0
4_
ri2
rou
te0
5_
ri1
rou
te0
5_
ri2
rou
te0
6_
ri1
rou
te0
6_
ri2
rou
te0
7_
ri1
rou
te0
7_
ri2
rou
te0
8_
ri1
rou
te0
8_
ri2
rou
te0
9_
ri1
rou
te0
9_
ri2
rou
te1
0_
ri1
rou
te1
0_
ri2
rou
te1
1_
ri1
rou
te1
1_
ri2
rou
te1
2_
ri1
rou
te1
2_
ri2
rou
te1
3_
ri1
rou
te1
3_
ri2
rou
te1
4_
ri1
rou
te1
4_
ri2
rou
te1
5_
ri1
rou
te1
5_
ri2
rou
te1
6_
ri1
rou
te1
6_
ri2
Streamline AVGSTAQ met JMStatisch met JMTomTomfreeflow
STAQ schaalbaarheid
•Op Leuven is STAQ 3-8 keer langzamer dan statisch en 500-1200 keer sneller
dan SL
•Voor elke 100.000 routes is ca 125 Mb aan geheugen nodig
•Voor elke 300.000 routes is ca 1 minuut per iteratie aan rekentijd nodig
•Modellen tot 6102 zones doorgerekend op laptop met 4Gb mem
•Op simpele laptop (quadcore i7 2.67 Ghz, 4Gb):
• 4.5 seconde per iteratie voor model Leuven (430 zones)
• 5 minuten per iteratie voor model Vlaams Brabant (4000 zones)
pagina 20
STAQ vs StreamLine (@quadcore i7 laptop 2.67 Ghz, 4Gb ram)Model Assignment
MethodNetwork Deman
dCPU-time/it
Memory
Centroids
Links Nodes #routes [sec] [Mb]
Leuven Static (quadcore) 430 4,382 1,813 355,014 0.9 81
Leuven Static (singlecore) 430 4,382 1,813 355,014 2.1 71
Leuven - volledige routeset STAQ+JM 430 4,382 1,813 164,566 10.9 233
Leuven - optimale routeset STAQ+JM 430 4,382 1,813 77,293 4.4 166
Leuven - volledige routeset StreamLine+JM 430 4,382 1,813 164,566 5330 2486Vlaams Brabant - volledige routeset STAQ 2,999 34,23
9 23,241 2,524,265 815 2468
Vlaams Brabant - optimale routeset STAQ 2,999 34,23
9 23,241 1,718,180 306 2138
Amsterdam* STAQ 418 9,408 4,281 294,877 11 318
Gold Coast* STAQ 1,067 9,565 2,987 1,213,027 64 1033
Rotterdam* STAQ 1,744 17,187 6,422 1,324,4
53 62 1132
Sydney* STAQ 3,264 75,379 30,573 2,030,3
60 191 2365
NVM* STAQ 6,102 159,920 65,272 2,216,7
18 205 2988
pagina 21
* = run o.b.v. one-shot, dus exclusief overhead route keuze model. Indicatoren van runs zonder sterretje zijn gemiddelde over 35 iteraties inclusief overhead.
STAQ vs StreamLine conclusies
Conclusies studie Vlaamse overheid
+ Filelocaties op zelfde plek
+ Kiemen beschikbaar na squeezing fase
+ Gemiddelde reistijden van zelfde kwaliteit als Madam
+ Rekentijd/geheugengebruik STAQ veel lager dan Madam
- Reistijden Madam en STAQ beide te laag op OWN
oorzaak is de herkomst van de matrix (statisch gekalibreerd), pak ik op binnen PhD
Verdere conclusies
+ Schaalbaar tot en met de grootste operationele modellen binnen NL
-Operationele maatregelen binnen een spitsperiode niet te modelleren
TDI’s, Drips, evenementenverkeer, incidentmanagement
+Alle geteste modelscenarios convergeren naar een uniek gebruikersevenwicht
6 verschillende (hypothetische en realistische) startoplossingen getest op theoretische en echte netwerken
door stagair Anton Dijkstra, Universiteit Twente
pagina 22
pagina 23
VERVOLG
Vervolg
PhD traject Luuk Brederode (mrt 2013 – mrt 2016)
•Methodlogisch positioneren van STAQ tussen statische en dynamische modellen
•Bewijs leveren voor bestaan en uniciteit van het gebruikersevenwicht
•Ontwikkelen van matrixkalibratie methode voor STAQ / capacity constraint modellen
•Accelerated averaging scheme voor middelen routekeuzefracties
•Case study: MKBA o.b.v. statische toedeling uit het verleden opnieuw met STAQ
Software development binnen DAT.mobility
•Multi User Class
•Skimmen
•StandAlone queuing model (event based gLTM)
•Routegeneratie tussen iteraties door
•Cordontoedelingen
pagina 24
Vervolg
Toepassingen
•Haaglanden (nu)
•Amsterdam (VMA, 2015)
pagina 25
pagina 27
STAQ: waarom?
Aanleiding
» Uitvraag verkeersmodel Amsterdam 2009:
– Voor VMAs wordt een statische toedelingsmodule [..] ontwikkeld voor het
wegverkeer. Het statische model moet een snel rekenmodel zijn, waarbij
een goede realistische toedeling gemaakt wordt. Voor zowel het HWN als
OWN moet rekening gehouden worden met reële reistijden.
– Deze eisen vergen een aanpassing ten opzichte van de gehanteerde
toedelingstechniek van het NRM (Qblok)
pagina 28
STAQ: waarom?
Aanleiding (2)
» Voor strategische lange termijn prognosemodellen met structurele congestie:
– voldoet statisch toedelen niet, want wachtrijvorming en beperking in-/outflow wordt
genegeerd.
» Micro-dynamisch toedelen lost deze problemen op, maar
– is stochastisch, waardoor er veel simulaties nodig om ‘de gemiddelde werkdag’ te
benaderen, laat staan het gebruikersevenwicht
– Onacceptabele rekentijd!
» Macro dynamisch toedelen is deterministisch, maar kent zijn beperkingen:
– Grootte studiegebied, lengte studieperiode en/of #routekeuzemomenten
– Moeilijk acceptabele rekentijd!
» Algemene behoefte aan toedelingsmodel dat realistische (toekomstige) reistijden
berekent zonder de ‘moeite’ van een volledig dynamisch model
– KBA’s, Bereikbaarheidsanalyses, Tolstudies, …
pagina 29
ONDERZOEK CONVERGENTIE,
STABILITEIT EN UNICITEIT
CONVERGENTIE EN STABILITEITde duality gap
pagina 30
Initialisatie
Routekeuze model
Propagatie model
Routes en freeflow reistijden
Routefracties
Reistijden
Routekeuze maakt altijd gebruik van ‘outdated’ reistijden (reistijden uit iteratie-1)
er worden routes gekozen waarvan NA de run van het propagatiemodel blijkt dat ze niet de kortste waren
duality gap (DG) is een maat voor deze ‘te veel gemaakte reistijd’ over het hele netwerk:
DG = te veel gemaakte vtguren iteratie i-1optimale vtguren iteratie i
CONVERGENTIE EN STABILITEITduality gap model Leuven
pagina 31
UNICITEITvergelijking van runs zonder vs met startoplossing
pagina 32
Initialisatie
Routekeuze model
Propagatie model
Routes en freeflow reistijden
Routefracties
Reistijden
Initialisatie: ophalen startoplossing
Routekeuze model
Propagatie model
Routefracties
Reistijden
UNICITEIT: Leuven zonder vs met startoplossing
Squeezing only Squeezing +JM
Squeezing +Queuing Squeezing +Queuing + JM
CONVERGENTIE, STABILITEIT EN UNICITEIT: geteste startoplossingen (stage Anton Dijkstra)
pagina 34
– FREEFLOW: koude start o.b.v. free flow reistijden (referentie)
– Uniform: elke route trekt even veel verkeer aan (nonsense)
– ATB: ‘all through the bottleneck’ voor HBparen met route door een maatgevende
bottleneck gaat alles over die route (nonsense)
– ANTB: (genormaliseerd) tegenovergestelde fracties van ATB (nonsense)
– Warm: uitgaande van routefracties van een eerdere 100 iteraties MNL run
– Inverse warm: (genormaliseerd) tegenovergestelde fracties van warm (nonsense)
BH
0/3
3/31/3
1/3
3/3
0/33/6
0/6
54/100
38/100
23/100
31/100
0/31/33/68/10046/1000/3
pagina 35
0.01
0.1
10 10 20 30 40
Du
alit
y G
ap
Iterations
Duality Gap
MNL
Uniform
ATB
ANTB
Warm
Warm inverse
CONVERGENTIE EN STABILITEITDuality gap model Leuven (squeezing+queuing)
0.01
0.1
10 10 20 30 40
Du
alit
y G
ap
Iterations
Duality Gap
MNL
Uniform
ATB
ANTB
Warm
Warm inverse
FreeFlow
UNIFORM vs FREEFLOWvergelijking linkintensiteiten (%)
pagina 36
Startoplossing Iteratie 40
circa 15 iteraties nodig voor verschillen ~<5% op OWN
ALL NOT THROUGH THE BOTTLENECK vs FREEFLOWvergelijking linkintensiteiten (%)
pagina 37
circa 15 iteraties nodig voor verschillen ~<5% op OWN
Startoplossing Iteratie 40
ALL THROUGH THE BOTTLENECK vs FREEFLOWvergelijking linkintensiteiten (%)
pagina 38
Startoplossing Iteratie 40
circa 35 iteraties nodig voor verschillen ~<5% op OWN
WARM INVERSE vs FREEFLOWvergelijking linkintensiteiten (%)
pagina 39
Startoplossing Iteratie 40
circa 30 iteraties nodig voor verschillen ~<5% op OWN
WARM vs FREEFLOWvergelijking linkintensiteiten (%)
pagina 40
Startoplossing Iteratie 40
circa 90 iteraties nodig voor verschillen ~<5% op OWN
STABILITEIT EN CONVERGENTIEconclusies
pagina 41
•Alle startoplossingen convergeren naar dezelfde eindoplossing!!
•Warme start (40 iteraties en dan opnieuw beginnen) is zeer efficient; ~90
iteraties nodig vanuit koude start voor vergelijkbaar resultaat
•Kruispuntmodellering niet meegenomen
•Ook op extreem drukke theoretische netwerken blijven bovenstaande
conclusies gelden
pagina 42
WAAR STAAN WE
EN WAAR MEE BEZIG
pagina 43
WAAR STAAN WE
STAQ is operationeel in OmniTRANS
» Onderdeel van SL raamwerk
– Dus je kunt gebruik maken van dezelfde buildingblocks als SL
» Toevoeging van MNL naast bestaande PCL routekeuze
» Je kunt rekenen met Newell en Smulders Fundamenteel Diagram
» Gebruikt state of the art knoopmodel (Tampere et all 2011)
» Schaalbaarheid vergroting stochastisch afronden
» Gekoppeld aan JM, echter alleen nog rondom squeezing en queueing
» Aangepaste Duality Gap indicator
» Voorzichtige start met toepassingen Nederlandse markt
– Eerste officiële Nederlandse toepassing voor Haaglanden
– We moeten ervaring op doen alle begin is lastig
pagina 44
WAAR ZIJN/WILLEN WE MEE BEZIG
Momenteel mee bezig:
» Matrixschatting voor STAQ/modellen met residual traffic (PhD Luuk bdl)
» Complete “officiële” integratie in OmniTRANS 6.1 (DAT ontwikkelaars)
» Functioneren in totale vierstapsmodel (DAT ontwikkelaars)
» Versnelde convergentie (stage Berend Steenhuisen, PhD Luuk bdl)
» Volledig integreren van Junction modelling in squeezing en queueing (kqj/osj)
» Smith P0 oplossing voor assymetrisch equilibrium probleem (bif/bdl)
» Eerste commerciële toepassing op model Haaglanden (psb/bdl)
Langere termijn plannen:
» Vergelijking uitkomsten MKBA statisch vs STAQ (PhD Luuk bdl)
» Bundeling wetenschappelijke onderbouwing (PhD Luuk bdl)
» Wiskundig bewijs convergentie en uniciteit (Sydney)
» Kandidaat voor nog komende uitvraag van WVL voor vergelijking van toedelingsmodellen
mogelijk geschikt voor NRM/LMS
» Multi-periode toepassing?
STAQ INZETTEN VOOR JOUW STUDIE
Allereerst: er is helaas GEEN shirt meer te verdienen….
STAQ toepassen:
• als op zichzelfstaande toedeling op een bestaand statische model: prima
mogelijk
• Als onderdeel van matrixschatting: nog niet mogelijk (volgens roadmap
halverwege 2014)
• Graag Luuk bdl benaderen alvorens toezeggingen/offertes te doen
pagina 45