Transcript De fileproblematiek onder de loep genomen

De fileproblematiek
onder de loep
genomen
Dr. Sven Maerivoet
26 Februari 2014 | Wiskundige Ingenieurstechnieken
1
Overzicht
● Voorstelling Transport & Mobility Leuven (TML)
● Hoe ontstaan files?
● Transport- en verkeersmodellering
● Cellulaire automaten voor verkeer
● Computersimulaties en studies
● Verkeersmanagement
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
2
Voorstelling
Transport & Mobility Leuven
Voorstelling TML
Overzicht van onze activiteiten
De mensen bij TML
Veelzijdigheid
Pers
● Gesticht in 2002 als een spin-off bedrijf (NV):
– Katholieke Universiteit Leuven
– TNO onderzoeksinstituut (Nederland)
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
3
Overzicht van onze
activiteiten
Voorstelling TML
Overzicht van onze activiteiten
De mensen bij TML
Veelzijdigheid
Pers
● TML doet onderzoek en studies
Sterk kwantitatief (voorspellingsmodellen, simulatietechnieken, ...)
Beleidsondersteunend (we wegen op het beleid)
De integratie van mobiliteit, milieu en economie
De combinatie van fundamenteel en toegepast onderzoek door de
koppeling van theoretische resultaten aan praktische kennis
– De brug tussen de universiteit en de maatschappij
– Een onafhankelijk en open beleid
–
–
–
–
● Steden en regionale overheden, België (federaal,
Vlaanderen, Brussel), Europa (EU en EC; DGs, FP6/7)
“Het is onze missie om de maatschappij te helpen
door wetenschappelijk onderbouwd advies”
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
4
De mensen bij TML
Voorstelling TML
Overzicht van onze activiteiten
De mensen bij TML
Veelzijdigheid
Pers
● Multidisciplinair team (18 mensen)
–
–
–
–
Transport, bio-, chemische en milieu ingenieurs
Economie
Computerwetenschappen
Psychologie
● Expertisedomeinen:
Admin
Gedelegeerd bestuurder
Transport
Milieu
Economie
– Transporteconomie (incl. impactbeoordelingen, MKBAs, …)
– Verkeersstroomtheorie (incl. ITS maatregelen, fileschattingen)
– Transportanalyses (private weg, spoor, openbaar vervoer,
binnenwateren, lucht, …)
– Milieu, publieke gezondheid, …
– Verkeersveiligheid (incl. wetgeving, infrastructuur, voertuigtechnologie, …)
– Spatiale economie (incl. regionale ontwikkelingen)
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
5
Veelzijdig, accuraat, correct
en open
Voorstelling TML
Overzicht van onze activiteiten
De mensen bij TML
Veelzijdigheid
Pers
● Bijna all onze studies staan online!
http://www.tmleuven.be/
● Onze relaties:
– Telematics Cluster/ITS Belgium: lid + Raad van Bestuur
– Vlaams Instituut voor Mobiliteit (VIM): lid + expert in
adviesraad
– The International Association for the History of Transport,
Traffic and Mobility: lid
– EC FP7: externe experten
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
6
TML is regelmatig in de pers
Voorstelling TML
Overzicht van onze activiteiten
De mensen bij TML
Veelzijdigheid
Pers
● Het Nieuwsblad, De Morgen, De Standaard, Het
Laatste Nieuws, Knack, Jobat, Le Soir, La Meuse, De
Lloyd, Verkeersspecialist, Vacature Magazine,
Ademloos, Het Belang van Limburg, Mobimix, De
Zondagskrant, De Streekkrant, Verkeersnet.nl, …
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
7
Overzicht
● Voorstelling Transport & Mobility Leuven (TML)
● Hoe ontstaan files?
● Transport- en verkeersmodellering
● Cellulaire automaten voor verkeer
● Computersimulaties en studies
● Verkeersmanagement
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
8
Hoe worden files veroorzaakt?
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● “Teveel mensen willen op hetzelfde moment op
dezelfde plaats rijden”
● Of nog:
– De capaciteit van de wegen is beperkt
– Zij kunnen al het verkeer niet verwerken
– Daardoor ontstaat er file wat tot vertragingen leidt
● Daarenboven:
– Ongevallen kunnen ook files veroorzaken (en vice versa)
– In steden ontstaan ze door kruispunten en verkeerslichten
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
9
Ontstaan van files: 2
verschillende theorieën
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● De Europese (Duitse) school:
– Spookfiles uit het niets (Treiterer en Myers, 1974)
– Kerner, Konhäuser en Rehborn (1994)
– Helbing (1999)
● De Berkeley school (Universiteit van Californië):
– Alle files ontstaan door ‘flessenhalzen’ (‘bottlenecks’)
– Er is altijd een geometrische verklaring voor de file
– Newell, Daganzo, Bertini, Cassidy, Muñoz, …
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
10
Hoe groot is het fileprobleem?
● Tijdens een ochtendspits op Vlaamse autosnelwegen:
o Staat er ~139 km file (en verlies je een half uur)
o Verliezen we allemaal samen ~18.700 uren
o Dit kost ~260.000 euro aan de maatschappij
● Op het onderliggend wegennet: tot 4x erger!
● 91% van de files staan in Vlaanderen
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
Bronnen: TML (2008, 2011)
11
Overzicht
● Voorstelling Transport & Mobility Leuven (TML)
● Hoe ontstaan files?
● Transport- en verkeersmodellering
● Cellulaire automaten voor verkeer
● Computersimulaties en studies
● Verkeersmanagement
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
12
Landgebruik & socioeconomisch gedrag
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● De vraag naar verkeer ontstaat door de wens tot
deelname aan ruimtelijk gescheiden
sociale/culturele/economische/… activiteiten
CBD
I
L/M/H
C
= central business district
= industriezone
= lage/midden/hoge inkomensklasse
= commuter zone
● Tendens naar geosimulatie
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
13
Ritten-gebaseerd
transportmodel
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Reizigers nemen beslissingen die leiden tot een tripgebaseerd model
trip generatie
(hoeveel trips?)
trip distributie
(waar gaan ze naartoe?)
modale split
verkeerstoedeling
Aggregatie!
(met welk vervoersmiddel?)
(welke routes nemen ze?)
“Het vier-stapsmodel”
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
14
Ritten-gebaseerd
transportmodel
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Reizigers nemen beslissingen die leiden tot een tripgebaseerd model
trip generatie
trip distributie
Routekeuze wordt
bepaald door
Wardrop/Nash criteria:
(1952)
Gebruikersevenwicht
(W1)
modale split
verkeerstoedeling
Systeemoptimum
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
(W2)
15
Verkeerstoedeling:
berekening van evenwichten
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Geformaliseerd door Beckmann, McGuire en Winsten:
– Het “BMW-trio”
– “Studies in the Economics of Transportation” (1956)
● Berekeningen:
– Convexe optimisatietheorie (kwadratisch programmeren)
– Niet-lineaire congestiefuncties (bv. BPR functies)
– Korste pad algoritmes
● Toevoegingen:
–
–
–
–
Stochasticiteit
Risico
Niet rationele, noch alwetende reizigers
…
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
16
Dynamische verkeerstoedeling: de heilige graal
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Statisch:
– Gebruikt een vereenvoudiging van wegcapaciteit
– Rekent typisch een hele ochtendspits in 1x door (“al het
verkeer wordt tegelijk op het netwerk gezet”)
Statisch
● Dynamisch:
–
–
–
–
–
Dynamisch
7:00
10:00 15:00
DTA = ‘dynamic traffic assignment’
Files zijn een dynamisch fenomeen in tijd en ruimte
Laat toe om terugslag van files te modelleren
Keuze van route en vertrektijdstip
Dynamische netwerkbelading (DNL):
18:00
● Analytisch
● Gebaseerd op simulaties (convergentie door iteratieve relaxatie)
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
17
Activiteiten-gebaseerd
transportmodel
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Genereren van een synthetische bevolking
● Genereren en plannen van activiteiten
● Uitvoeren van deze activiteiten
= fysieke beweging van agents
activiteitenpatroon
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
multi-agent systemen
18
Macro-/mesoscopische
stroommodellen
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Beschrijven hoe het verkeer zich fysiek op een weg
voortbeweegt
● Gebaseerd op partiële differentiaalvergelijkingen
(i.e., behoudswetten)
● Veel aggregatie, laag detailniveau
Macroscopisch: vloeistof-dynamische modellen die verkeer
als een samendrukbare vloeistof beschouwen (Navier-Stokes)
Mesoscopisch: gas-kinetische modellen die verkeer als een
veel-deeltjessysteem beschouwen: afleiden van
macroscopische vergelijkingen uit microscopisch rijdersgedrag
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
19
Het LWR macroscopisch
model
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Lighthill-Whitham-Richards 1e orde model
● Verkeer = niet-visceuze samendrukbare vloeistof
● Steunt op een scalaire behoudswet van dichtheid (k)
en intensiteit (q):
● Aanname: intensiteit is een functie van de dichtheid!
● Verband:
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
Fundamenteel diagram
20
LWR: oplossingen en variaties
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Didactisch leerrijk: kan ‘grafisch’ opgelost worden
● Ook nauwkeurige numerieke benaderingen mogelijk
● Variaties: multi-klassen, konijnen en slakken, …
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
21
Het fundamenteel diagram
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Dateert van Greenshields (1935):
Niet druk (snel)
Wel druk (traag)
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
22
Het fundamenteel diagram
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
#voertuigen/uur
● Theorie versus praktijk:
#voertuigen/kilometer
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
23
Capaciteitsval
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Verschillende theorieën, invalshoeken, …
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
24
Microscopische
stroommodellen
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Beschrijven expliciet de interacties van voertuigen in
een verkeersstroom (lijkt realistischer)
● Weinig aggregatie, hoog detailniveau
Voertuig-volg model
• Stimulus-response
• Optimale snelheid
• Psycho-fysieke afstand
• Cellulaire automaten
• Wachtrij-theorie
volger
voorligger(s)
(n)
(n – 1)
tussenruimte
● Submicroscopische stroommodellen omvatten
fysieke karakteristieken zoals motorperformantie,
schakelen, ... en menselijke beslissingen (nietstrategisch)
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
25
Microscopische
stroommodellen
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Beschrijven expliciet de interacties van voertuigen in
een verkeersstroom (lijkt realistischer)
● Weinig aggregatie, hoog detailniveau
Voertuig-volg model
Rijstrook-keuze model
• Stimulus-response
• Optimale snelheid
• Psycho-fysieke afstand
• Cellulaire automaten
• Wachtrij-theorie
• Gap-acceptance
• Verplichte versus
gewenste verandering
van rijstrook
● Submicroscopische stroommodellen omvatten
fysieke karakteristieken zoals motorperformantie,
schakelen, ... en menselijke beslissingen (nietstrategisch)
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
26
Overzicht
● Voorstelling Transport & Mobility Leuven (TML)
● Hoe ontstaan files?
● Transport- en verkeersmodellering
● Cellulaire automaten voor verkeer
● Computersimulaties en studies
● Verkeersmanagement
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
27
Theorie van cellulaire
automaten
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Cellen in een discrete ruimte (bv. 2D vlak):
● De buren van cellen (von Neumann versus Moore):
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
28
Theorie van cellulaire
automaten
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● De lokale overgangsregel:
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
29
De geschiedenis van CA
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● 1948:
– von Neumann over zelf-reproductie
– Ulam introduceert “cellulaire ruimtes”
● 1952:
– Turing spreekt over morfogenese
● 1970:
– John Conway’s “Game of Life”
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
30
De geschiedenis van CA
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● 1983:
– Wolfram’s “A New Kind of Science”
● 1967-1990:
– Zuse en Fredkin stellen dat het heelal een CA is
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
31
Verkeer modelleren met
cellulaire automaten (TCA)
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Conversie van continue naar discrete tijd/ruimte:
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
32
Cellulaire automaten voor
verkeer
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Snellere (maar ruwere) versie van microscopische
modellen
ruimte (e.g., rooster van cellen)
stroomafwaarts
stroomopwaarts
t
Δt
v=3
v=1
x(t + 1) = x(t) + v(t + 1)
t + 1s
tijd
Voertuig-volg submodel = verzameling van lokale overgangsregels
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
33
Cellulaire automaten voor
verkeer
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Snellere (maar ruwere) versie van microscopische
modellen
ruimte (e.g., rooster van cellen)
stroomafwaarts
stroomopwaarts
t
Δt
v=4
v=1
x(t + 1) = x(t) + v(t + 1)
t + 1s
v=2
tijd
Voertuig-volg submodel = verzameling van lokale overgangsregels
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
34
Cellulaire automaten voor
verkeer
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Snellere (maar ruwere) versie van microscopische
modellen
ruimte (e.g., rooster van cellen)
stroomafwaarts
stroomopwaarts
t
Δt
v=4
v=1
x(t + 1) = x(t) + v(t + 1)
t + 1s
v=3
v=2
tijd
Voertuig-volg submodel = verzameling van lokale overgangsregels
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
35
Voorstelling van files in een
cellulaire automaat
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Bv. voertuigen rijden rond in een cirkel:
tijd-ruimte diagram!
trajectorie
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
36
Wolfram’s regel CA-184
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Eenvoudig, 8 mogelijke overgangen:
● Tijd-ruimte diagrammen:
niet druk
lichtjes druk
heel druk
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
filegolf
37
Varianten van cellulaire
automaten
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
Velocity-dependent randomisation model
Nagel-Schreckenberg model
Knospe’s model met remlichten
spontane files!
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
38
Complexiteit van de regels:
een TCA met remlichten
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Willekeurig afremmen: randomisatie
● ‘Slow-to-start’ gedrag: capaciteitsval
● Anticipatie effecten: stabilisatie van vlot verkeer
menselijk gedrag
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
39
Een blik op het fundamenteel
diagram ‘in’ een TCA
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
Helbing-Schreckenberg
Kerner-Klenov-Wolf
Knospe et al. (‘brake-lights’)
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
40
Meer rijstroken en stedelijk
verkeer
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● ‘Multi-lane traffic’:
–
–
–
–
–
Verplichte versus gewenste verandering van rijstrook
Cultuur: ‘keep-your-lane’ versus verplicht rechts rijden
Fenomenen: snelheidsverschillen, dichtheidsinversies, …
Zelfde rijrichting versus bidirectioneel verkeer
Opletten voor “ping-pong traffic”!
● Stedelijk verkeer:
– Klassiek Biham, Middleton en Levine (BML) model
– Expliciete intersecties, rotondes, …
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
41
Transportplanning met TCA
modellen
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● TRANSIMS:
– TRansportation ANalysis SIMulation System
– Activiteiten- en agent-gebaseerd
● MATSim:
–
–
–
–
Multi-Agent Traffic Simulation
Activiteiten- en agent-gebaseerd
Nog sneller: wachtrijmodellen
Eindige buffers!
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
42
Overzicht
● Voorstelling Transport & Mobility Leuven (TML)
● Hoe ontstaan files?
● Transport- en verkeersmodellering
● Cellulaire automaten voor verkeer
● Computersimulaties en studies
● Verkeersmanagement
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
43
Computersimulaties van
verkeer
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Wat je ook doet of zegt...
... het zijn maar modellen van de realiteit
– “Reality is just another model”
– Elk heeft zijn beperkingen en reproduceert wat we hen voeden
– Opletten bij interpretatie door beleidsmakers
● De beschikbare commerciële pakketten zijn
transportplanningsmodellen, hoofdzakelijk gebaseerd
op vier-stapsmodellen
● Schaalgrootte: lokaal, netwerk, landelijk, grootschalig
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
44
Oog voor detail
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
45
Overtuigende visualisaties
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
46
Macroscopische effecten met
OmniTRANS
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Relocatie ISVAG verbrandingsoven
● Sluiting van de R1 ring rond Antwerpen (Meccano 
BAM tracé)
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
47
Microscopische effecten met
Paramics
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Ontsluiting Carrefour Korbeek-Lo + Herstal
● Tunnel aan Waterloolaan Brussel
● Masterplan Antwerpen (Moerelei)
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
48
Visualisaties van metingen:
kruispunttellingen
●
●
●
●
●
Inleiding
Modellen van verkeersstromen
Verzamelen van verkeersgegevens
Regelen van verkeersstromen
Modellen en studies
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
(afslagbewegingen)
(lichtenregelingen)
D
Q
E
0
27
47
58 60
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
49
SUSTAPARK: duurzaam
parkeren met een TCA model
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Doelstelling: simuleer de effecten van
veranderingen in de parkeersituatie en het
parkeerbeleid van een stad
(Verander het aantal parkeerplaatsen, de prijs en duurtijd van
openbaar parkeren, bovengronds en ondergronds parkeren, …)
● Hoofdonderdelen:
– Modelleren van de parkeervraag
– Modelleren van het zoekgedrag
– Modelleren van een economisch evenwicht
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
50
Studies op basis van
verkeersmetingen
●
●
●
●
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
Verkeersindices voor Belgische autosnelwegen
Analyse van de congestie in België
Impact van maximumsnelheid op snelwegen
Hoelang sta je tijdens je loopbaan in de file?
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
51
Vaste databronnen
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Enkele/dubbele lusdetectoren in het wegdek,
radars, camera’s, pneumatische slangetjes, ...
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
52
Visualisaties van metingen:
patronen
Weekdagen
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
Weekend
53
Historische patronen zijn
essentieel om te weten
●
●
●
●
Achtergrond
Algemeen kader
Opportuniteiten
ochtendfile voor Vlaanderen
Conclusies
avondfile
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
Ochtend:
• Zware files rond
Vilvoorde en
Strombeek-Bever
• Trager verkeer
rond aansluiting
met E19 en E40
Avond:
• Zware files aan
het Vierarmenkruispunt, Tervuren en
Wezembeek-Oppem
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
54
Validatie CFVD (GSM)
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Tijdens een gesprek worden de overgangen tussen de
zeshoekige cellen bijgehouden
BTS
BTS
bestemming
BTS
herkomst
BTS
reistijd
segmenten
BTS
BTS
BTS
BTS
overgang
GSM probe
weg
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
55
Betere methode: GPS
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● GPS-probe voertuigen (e.g., vrachtwagens van
transportbedrijven, verzekeringsmaatschappijen, ...)
● NASA GPS (24 satellieten) / Europa (ESA) Galileo
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
56
Gebruik van de nieuwe
generatie van mobiele data
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Opkomst van ‘klassieke’ floating-car data (FCD)
– GSM is redelijk ‘out’, GPS is meer dan in!
– Vaak nog problemen met schatting van verkeersvolumes
 Fusie met beschikbare metingen van bv. Verkeerscentrum
● Verder kijken dan louter (X-)FCD:
– Bv. mobiliteitspatronen afleiden uit bluetooth-scanners,
smartphones, …)  OLYMPUS proeftuin elektrische voertuigen
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
57
Koppeling van rijgedrag aan
de verzekeringssector
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Analyse van bv. versnellingen en rijdersgedrag, het
nemen van risico’s en veiligheidsinformatie, …
● Win-win voor zowel de verzekeraar als de verzekerde:
– Oorzaak van ongevallen
– Risico’s vermijden
– Gepersonaliseerde feedback
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
58
Een blik op
snelheidsovertredingen
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Gedetailleerde snelheidsmetingen kunnen op
bepaalde plaatsen aan snelheidsbeperkingen
gekoppeld worden
● Voorrang van rechts, volgafstanden, interacties, …
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
59
Verplaatsingspatronen op
basis van GPS metingen
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Automatische berekening van verplaatsingspatronen:
● Waar leven en werken de mensen?
● Hoeveel en welke ritten maken ze elke dag?
● Statistieken: afstanden, snelheden, rijdesprofielen, …
● Hoe kan openbaar vervoer een alternatief bieden?
Co-modaal = het nieuwe multi-modaal!
Thuis
200,000
180,000
160,000
140,000
OV kan als alternatief
120,000
100,000
80,000
60,000
40,000
OV kan niet als alternatief
20,000
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Working days
11
12
13
Saturdays
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
Sundays
Werk
Ons model integreert de gegevens van de
NMBS, De Lijn, MIVB/STIB en TEC
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
60
Een gericht parkeerbeleid en
parkeerinformatie
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Een goed parkeer/-prijsbeleid creëert kansen voor
meer doorstroming in steden
● Wenslijstje:
– Statische  dynamische parkeerinformatie
– Integratie met on-board PND
– Reservaties van parkeerplaatsen in garages
● We kunnen nog verder gaan, bv. voorspelling van
de parkeerplaatsen langs de straatkant
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
61
Naar een slimme
kilometerheffing
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
Wegtype 1 (autosnelwegen, hoofdwegen, ...)
Wegtype 2 (secundaire wegen, ...)
Wegtype 3 (lokale wegen, ...)
00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Dal
Piek
Dal
Piek
Dal
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
62
De technologie achter een
slimme kilometerheffing
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
1
(eCall)
(GPS)
(OBU)
(‘factuur’)
6
(testgebruikers)
2
5
(tarief)
3
(GPRS)
4
(back-end server)
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
(map matching)
63
Resultaten van een slimme
kilometerheffing
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Proeftuin (Leuven):
– Gebruikers pasten hun gedrag aan
– Minder congestie, verhoogde leefbaarheid
– Stuurde beleid en vice versa
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
64
Piekverschuivingen!
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Men reed minder tijdens de ochtendspits, meer
tijdens de dalperiode en later tijdens de avondspits
11.00%
10.00%
9.00%
8.00%
7.00%
6.00%
5.00%
4.00%
3.00%
2.00%
1.00%
0.00%
00u 01u 02u 03u 04u 05u 06u 07u 08u 09u 10u 11u 12u 13u 14u 15u 16u 17u 18u 19u 20u 21u 22u 23u
Fase 1 (nulmeting)
Fase 2 (wedstrijd)
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
65
Potentieel van elektrische
voertuigen
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Welke ritten kunnen door een elektrisch voertuig
vervangen worden?
– Gebaseerd op het gebruik van het voertuig (patronen)
– Ritafstand (~ bereik) vs. tijd tussen ritten (~ opladen)
Verschillende invalshoeken:
• Marktpotentieel
• Voertuigbezit
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
66
Types van gegevens en
databanken
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● OBUs (GPS posities, snelheden, versnellingen, …)
● CAN-bus gegevens (voertuigprestaties, motor- en
transmissiebeheer, besturing, …)
● Werknemersprofielen (thuislocaties, werkuren,
klantenlocaties, werk-gerelateerde ritten, leasing
contracten, gebruik van parkeerplaatsen, …)
● Openbaar vervoer (haltes, tijdstabellen, …)
● Private en publieke parkeerplaatsen
● Verkeersstromen, kruispuntlichtenregelingen, …
● Weersinformatie, …
● Wegincidenten en ongevalsstatistieken, …
● Verzekeringsgegevens, contracten, …
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
67
Andere soorten verkeers- en
mobiliteitsgegevens
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
Verkeersvraag schatten (e.g., HB matrices)
Groei van de verkeersvraag
Keuze van vervoerswijze (modal choice)
Personen- en vrachtvervoer
Tijdswaardering (value of time, VOT)
Voertuigvloot (+ afschrijvingen en vernieuwingen)
(Voorziene) beleidsmaatregelenen
Brandstofverbruik
Inkomensverdeling
Welvaart
Rijgedrag
...
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
68
Overzicht
● Voorstelling Transport & Mobility Leuven (TML)
● Hoe ontstaan files?
● Transport- en verkeersmodellering
● Cellulaire automaten voor verkeer
● Computersimulaties en studies
● Verkeersmanagement
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
69
Verkeersmanagement to the
rescue!
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Wat willen we bereiken?
–
–
–
–
De bereikbaarheid verbeteren
Vraag en aanbod beter op elkaar afstemmen
In ruimte en tijd (bv. knelpunten tijdens spitsperiodes)
De reistijdverliezen beperken
● Hoe bereiken we dit?
– Via een heel palet aan maatregelen
● Maar: dit is geen opzichzelfstaande oplossing!
– Beleid omtrent ruimtelijke ordening
– We leggen hier de nadruk op wegverkeer voor personen,
maar vergeet niet het goederenvervoer, spoor, binnenwateren
en lucht
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
70
Wat verstaan we onder
verkeersmanagement?
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Reizigers die hun vertrektijdstip aanpassen (vroeger
vertrekken, later toekomen, de reis niet maken, …)
 Flexibele uren, thuiswerk: kan niet altijd, JIT, ploegen, ...
● Rekeningrijden (slimme kilometerheffingen,
tolcordons, …)
● Beheren van parkings, dynamisch autodelen als car
pooling, …
● Spitsstroken, openbaar vervoer gebruikt speciale
rijstroken
● Detectie van mist, sneeuw, zware regenval, …
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
71
Wat verstaan we onder
verkeersmanagement?
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Advanced Traffic Management Systems (ATMS):
–
–
–
–
–
–
Intelligente Transport Systemen (ITS)
Automatische incident detectie
Intelligente verkeerslichten
Dynamische route informatie panelen (DRIPs)
Dynamische snelheidslimieten
Toeritdosering
● Advanced Traffic Information Systems (ATIS):
– Radioberichtgeving, navigatietoestellen, parkeerinformatie, …
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
72
Efficiënter en sneller
incidentmanagement
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Niet enkel naar de autosnelwegen kijken.
● Procesoptimalisatie (detectie, begeleiding,
hulpverlening)
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
73
Intelligente afstemming van
verkeerslichten
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Doel: kruispunten op elkaar afstellen, verkeer op de
hoofdas vlotter laten stromen, minder uitstoot van
schadelijke gassen in “canyons” (bv. Wetstraat)
● Leuke dingen voor hoog rendement:
– Groene golven voor doorstroming op prioritaire routes
– Aanduidingen van resterende rood-/groentijden
Nederland: GGT
België: 3 personen
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
74
Dynamische snelheidsbeperkingen op DRIPs/…
90
70
50
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
70
100
stroomopwaarts bewegende schokgolf
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
75
Dynamische snelheidsbeperkingen op DRIPs/…
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Nu vaak standaardalgoritme in regellogica
– Gevaarlijke situaties aan bv. Craeybeckxtunnel (E19): 3u ‘s
nachts… 50 km/u. Soms idem aan Kennedytunnel
– Het kan echt beter!
– Cfr. KUL studie: +8 tot 15%
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
76
ATMS/ATIS: toeritdosering
(ramp metering)
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● “De toevoer wordt druppelsgewijs geregeld”
DOEL:
verkeer in het
‘stabiel regime’
houden
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
77
Witte verf!
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Sommige dingen zijn onvoorstelbaar…
R1 richting E19 (CW):
• 20 km file/dag
• Ongevallen
40%
60%
(Bron: KUL et al., 2009)
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
78
Coördinatie en begeleiding
van wegenwerken
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Treffen van “Minder Hinder” maatregelen
● Betere coördinatie en conforme signalisatie
● Ook hier is er mogelijkheid tot meer intelligentie!
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
79
Pleidooi voor vrijmaking en
gebruik van verkeersgegevens
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Samenwerking tussen de overheid en de privésector
intensifiëren
● De ITS RE-USE directive stelt: minimum
beschikbaar maken van bepaalde informatie uit de
publieke sector
● Vb.: openbaar maken van verkeersgegevens in
Vlaanderen (+ modeltransparantie)
● Het is een misvatting te stellen dat ruwe data per se
verkocht moet worden:
– Beter is om de data vrij te maken
– De privésector kan deze data verrijken en zo meer waarde
geven (bv. data warehouse  data clearing house)
– Men kan op basis van deze data diensten betaald aanbieden
– Netto win-win effect: maatschappij en privé varen er bij
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
80
Conclusies
verkeersmanagement
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● Er is een gans scala aan mogelijkheden om aan
intelligent dynamisch verkeersmanagement te doen
– Wat als oplossing niet vanuit de overheid komt, zie je vaak
via de privésector opduiken
– Laat de overheid en het bedrijfsleven de handen in elkaar
slaan
● Er zijn meer dan voldoende beste praktijken en
succesvolle gevallenstudies beschikbaar
● Overheid zou meer kunnen investeren in de opzet en
uitbating van proeftuinen (bv. via IWT/iMinds/…)
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
81
Conclusies
verkeersmanagement
Hoe ontstaan files?
Transport- en verkeersmodellering
Cellulaire automaten voor verkeer
Computersimulaties en studies
Verkeersmanagement
● De ‘technische kant’ van verkeersmanagement alleen
volstaat niet
● Ook aandacht aan “het onderliggend wegennet”
besteden!
● Beleidsmatig de juiste keuzes maken:
– Beleid omtrent ruimtelijke ordening afstemmen (concentreren
versus spreiden)
– Een samenhangend regionaal robuust, hiërarchisch en
multimodaal wegennet voor de structuur van Vlaanderen
– Subsidiëring openbaar vervoer in vraag stellen
– Laat massa-investeringen in de aankoop van elektrische
voertuigen achterwege
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
82
Meer informatie?
● ”Modelling Traffic on Motorways”
– http://traffic.maerivoet.org/
– [email protected]
– +32 (16) 31.77.33
● Transport & Mobility Leuven:
– http://www.tmleuven.be/
● Data Enrichment Group:
– http://www.tmleuven.be/expertise/deg/
Sven Maerivoet | Wiskundige Ingenieurstechnieken: Verkeerskunde
83