Master studij: Drumski i gradski Predmet: Modeli, simulacije i animacije u saobraćaju
Seminarski rad II
STUDENT:
MENTORI:
Eldar TINJIĆ, 133-II/13
Dr Ranko BOI!"O#IĆ Darko DR$%IĆ, mr
Do&o', 'an(ar )*1+ odine
SADRŽAJ 1.
UVOD ..................................................................................................... ..................... 3 2. ZADATAK ............................................................................................ ......................... 5 2.1. Simulacija trenutnog stanja saobraćaja na raskrsnici ......................................... 5 2.2. Simulacija saobraćaja na raskrsnici u specijalnim uslovima .................................. 6 2.2.1. Povećanje zastupljenosti TTV .............................................................................. 6 2.2.2. Povećanje obima saobraćaja ............................................................................ 8 2.3. Uvođenje krunog toka ...................................................................................... 9 3.
ZAKLJUČAK ..................................................................................................... ............. 11 3.1. !naliza rezultata ................................................................................................. 11 3.2. !naliza so"tvera .................................................................................................. 11 4. LITERATURA ........................................................................................ ........................ 13
1
U#OD
Simulacijski modeli su modeli dinamičkih sistema, tj. sistema koji se mijenjaju u vremenu. Tipična primjena simulacijski modela je u područjima inenjerstva i ekonomije. Simulacijski modeli moraju najprije omogućiti ispravan prika! i e"ikasno i!vo#enje pomaka vremena. Tako#e je bitno omogućavanje istovremenog odvijanja aktivnosti, te opisivanje procesa koji konkuriraju !a iste resurse. Ti su !ahtjevi !natan problem !a modeliranje, !bog čega su se simulacijski modeli ra!vili u posebnu kategoriju modela. $a!vijeni su i speci"ični alati !a konceptualno modeliranje i speci"ični programski je!ici kao adekvatna sredstva !a posebne !ahtjeve simulacijskog modeliranja. %bog nemogućnosti prika!a sloenih dinamičkih sistema u analitičkom obliku, modeli su !adani u proceduralnom obliku kojim se prika!uje način sistema rada. Problem se rje&ava numerički, provo#enjem eksperimenata modelom koji opona&aju ra!voj sistema u vremenu. Primjer sistema koji se modeliraju i anali!iraju simulacijskim modeliranjem su diskretni sistemi, npr. proi!vodni procesi i transportni sistemi, te kontinuirani sistemi s povratnom ve!om, npr. iskori&tavanje resursa na %emlji i dinamika promjene populacija biljaka i ivotinja. 'od primjene simulacijskog modeliranja ne moe se dobiti rje&enje u analitičkom obliku, u kojem su !avisne varijable "unkcije ne!avisnih varijabli, već se rje&enje problema dobiva eksperimentisanjem modelom sistema. Pri tome simulacijski eksperimenti daju kao re!ultat skup tačaka, tj. vrijednosti varijabli !a pojedine vrijednosti ne!avisnih varijabli. %bog slučajnog karaktera varijabli modela dobiva se čak i vi&e ra!ličitih vrijednosti !avisnih varijabli !a istu vrijednost ne!avisnih varijabli, tj. eksperimenti daju odre#eni u!orak vrijednosti !avisnih varijabli. Pri tome planiranje i anali!a simulacijskih eksperimenata !ahtijevaju statistički pristup. Savremeno modeliranje ne!amislivo je be! računara. $ačunar, u! ra!ličite metode i programske alate omogućuje dobar ambijent !a stvaranje sloenih modela i e"ikasan rad s njima. $ačunari se u modeliranju koriste u dvije ra!ličite svrhe: u ra!voju modela i u i!vo#enju procjena na temelju stvorenog modela. 'od ra!voja modela koristi se računar kao stroj koji manipulira simbolima ( tako je moguće manipulirati i gra"ičkim objektima, memorisati ih, pa čak i trans"ormisati u druge oblike. )a temelju ra!vijenih konceptualnih modela moguće je automatski generirati odgovarajuće računarske programe. *!vo#enje procjene ra!vijenim računarskim programom koristi se br!inom rada računara kao odlučujućim "aktorom koji omogućuje da se u ra!umnom periodu i!vedu ra!novrsne anali!e alternativnih struktura modela i promjenljivih vanjskih uslova. Modeliranje kori&tenjem računara tako postaje disciplina koja moe adekvatno i e"ikasno prika!ivati sloene sisteme, te oblikovati i ispitivati njihovo pona&anje. Speci"ičnosti simulacijskog modeliranja računar tako#e veoma dobro podrava. +ra"ički prika! sistema koji se modelira i animacija rada sistema tokom i!vo#enja simulacijskih eksperimenata omogućuju lak&e vrednovanje logike i dinamike rada simulacijskih modela te lak&e praćenje ra!voja modela u vremenu, &to je posebno !animljivo !a korisnike simulacijskog modeliranja. utomatsko generisanje programa dovodi do !načajnog skraćivanja vremenskog ciklusa ra!voja modela i uvo#enja i!mjena u model, pa stoga i
omogućuje due ukupno vrijeme !a anali!u rada modela i ispitivanje većeg broja alternativa u pore#enju s klasičnim pisanjem programa. -elika br!ina rada računara ujedno omogućuje da se kod modela sa slučajnim varijablama i!vede veći broj eksperimenata kako bi se stvorili u!orci potrebne veličine. sim toga, simulacijsko modeliranje se sve vi&e pove!uje sa ba!ama podataka i savremene koncepte i alate umjetne inteligencije: ba!e !nanja, ekspertne sisteme, obradom prirodnog je!ika i slično. 'ao posljedica toga, simulacijsko modeliranje prua sve veću mogućnost u "ormulisanju i rje&avanju sloenih problema i sve je pristupačnije !a kori&tenje. snovne komponente simulacijskog modeliranja su: •
Sistem, odnosno skup komponenata koje djeluju !ajednički kako bi ostvarile !adani cilj ili "unkciju. %bog me#udjelovanja komponenata sistema nastaje evolucija pona&anja sistema u vremenu.
•
Model /konceptualni model0, odnosno "ormalni apstraktni prika! sistema. Model prika!uje strukturu sistema, komponente sistema i njihovo me#udjelovanje.
•
Program /računarski model0, odnosno temeljan opis strukture i načina rada modela.
•
$ačunar, odnosno računarski proces koji na temelju instrukcija programa i ula!nih podataka generira ra!voj modela u vremenu.
)
.$D$T$"
%adatak seminarskog rada je simulacija saobraćaja na raskrsnici koja je regulisana svjetlosnom signali!acijom. 1la!ni podaci simulacije su protoci na raskrsnici, odnosno po pravcima i smjerovima raskrsnice. Simulacija je i!vr&ena u so"tverskom paketu S2nchro 3.
Simulacija se sastoji od tri dijela: • • •
simulacija trenutnog stanja saobraćaja na raskrsnici simulacija saobraćaja na raskrsnici u specijalnim uslovima simulacija saobraćaja na raskrsnici uvo#enjem krunog toka
)1 Sim(lai'a 0ren(0no s0an'a sao&raa'a na raskrsnii *!vr&en je unos podataka !a četvorokraku raskrsnicu regulisanu svjetlosnom signali!acijom. )a slici 4. je prika!an protok raskrsnice po smjerovima.
Slika 1 Protok na četvorokrakoj raskrsnici )akon uno&enja podataka u so"tver, vr&i se automatsko računanje trajanja "a!a i ciklusa. )a osnovu ovih podataka, so"tver procjenjuje ukupno trajanje ciklusa od 56 sekundi. vo vrijeme je podijeljeno u dvije "a!e. 7a!a 4 traje 89 sekundi, a "a!a 8 tako#e traje 89 sekundi. %eleni intervali traju po 84 sekundu, a ostatak vremena se odnosi na uti interval i !a&titna vremena.
)ačin obavljanja saobraćaja na raskrsnici je moguće provjeriti pomoću so"tvera SimTra""ic, a podaci !a pokretanje so"tvera i same simulacije su pohranjeni na D(u.
Ta&ela 1 Vrijednosti saobraćajnih parametara trenutnog stanja na raskrsnici )) Sim(lai'a sao&raa'a na raskrsnii ( s2ei'alnim (sloima ))14oean'e 5as0(2l'enos0i 0e6ki7 0ere0ni7 o5ila 'ako bi bili u mogućnosti simulirati saobraćaj sa povećanjem procenta uče&ća te&kih teretnih vo!ila u saobraćaju, potrebno je korigovati ove vrijednosti u tabelama so"tvera. Početne vrijednosti koje se u!imaju kao standardne su 8; uče&ća te&kih teretnih vo!ila, kako u ukupnom saobraćaju na raskrsnici, tako i po smjerovima. Povećanje !astupljenosti te&kih teretnih vo!ila se moe postići na mnogo načina, a !a na&e potrebe dovoljno je ispitati dva načina: drastičnim povećanjem uče&ća te&kih teretnih vo!ila u jednom smjeru • primjetnim povećanjem uče&ća te&kih teretnih vo!ila u svim smjerovima •
a0
Povećanje uče&ća TT- u jednom smjeru
'ori&tenjem početnih podataka protoka na raskrsnici i korigovanjem samo jednog "aktora, u jednom smjeru dola!i do vremenskih promjena u trajanju "a!a, ali ne i ciklusa. 1 ovom slučaju duina trajanja ciklusa ostaje 56 sekundi, ali !eleni interval "a!e 4 /koja obuhvata korigovani smjer0 traje dvije sekunde due, dok !eleni interval "a!e 8 traje dvije sekunde kraće. Ta&ela ) Vrijednosti saobraćajnih parametara za situaciju A1
Ta&ela ) Vrijednosti saobraćajnih parametara za situaciju A1
Slika ) Prikaz konflikta prouzrokovanog povećanjem procenta TTV b0
Povećanje uče&ća TT- u svim smjerovima
1koliko i!vr&imo korekciju "aktora TT- !a sve smjerove raskrsnice, primjetićemo da je ponovo do&lo do promjene u trajanju !elenog intervala "a!a 4 i 8. *ako su promjenjeni procenti !a sve smjerove obje "a!e, do&lo je do korekcije ukupnog vremena trajanja ciklusa na 96 sekundi, vremena trajanja "a!e 4 na 88 sekunde, a "a!e 8 na 86 sekundi. $a!log promjene odnosa trajanja "a!a lei u procentu ukupnog saobraćaja. *sto povećanje procenta TT- !a obje
"a!e će proi!vesti ra!ličita povećanja apsolutne vrijednosti te&kih teretnih vo!ila. To !nači da "a!a !a većim ukupnim protokom ima i veći broj TT-.
Ta&ela 3 Vrijednosti saobraćajnih parametara za situaciju A2
Slika 3 Prikaz konflikta prouzrokovanog povećanjem procenta TTV )))4oean'e o&ima sao&raa'a 'ako bi se bolje ra!umjele sposobnosti i ograničenja raskrsnice, i!vr&it ćemo so"tversko ispitivanje protoka i simulaciju u uslovima povećanog protoka. 1 ovom slučaju biće i!vr&eno povećanje protoka !a 466;, i to po svim smjerovima. va promjena ne bi trebala da dovede do većih promjena u vremenskoj raspodjeli samog ciklusa, ali bi mogla prou!rokovati !agu&enja u saobraćaju, odnosno veća čekanja.
Ta&ela + Vrijednosti saobraćajnih parametara za situaciju )akon uno&enja novih podataka, so"tver vr&i automatsku proračun vrijednosti odnosa obima i kapaciteta saobraćaja. Povećanje saobraćaja !a 466; je dovelo do povećanje pomenutog "aktora !a 4<=;, odnosno na 8,54. )a slici 9. je prika!ana simulacija saobraćaja u ovim uslovima, odnosno primjetno je pogor&anje uslova saobraćaja u odnosnu na početno stanje.
Slika 8 !imulacija saobraćaja nakon povećanja protoka
2.3. Analiza !z"l#a#a !naliza rezultata se o#nosi na rje$enje% o#nosno o#abir na&ina regulisanja saobraćaja na #atoj raskrsnici. 'brađeni su po#aci za je#nu vrstu rasrsknice(
četverokraka raksrsnica
S)nc*ro + je so"tver koji nam omogućava prora&un vremenski* intervala trajanja svjetlosni* signala i re#ova &ekanja. Prora&un se vr$i na osnovu une$eni* po#ataka% u ovom slu&aju osnovni po#atak pre#stavlja protok. Tip raskrsnice
'#nos vozilo,kapacit et
Vrijeme &ekanja
-ikus signalizacij e
'cjena
etverokraka /Stan#ar#0
%+
2%4 s
5 s
-
etverokraka /'bim0
2%41
2+%3 s
55 s
6
etverokraka /TTV 70
%5
21% s
4 s
8
etverokraka /TTV 770
1%13
91% s
5 s
:
Ta$!la 6. Rezultati softverskog proračuna ;a ispitane uslove protoka% najbolji rezultati su postignuti na prvoj /baznoj0 raskrsnici. Povećanjem broja vozila% #olazi i #o povećanja o#nosa vozilo,kapacitet% samim time i vremena &ekanja% $to #ovo#i #o pogor$anja uslova saobraćaja. U situacijama povećanja broja TTV za je#an% o#nosno sve smjerove% #olazi i #o povećanja vremena &ekanja% $to je takođe logi&no% ukoliko uzmemo u obzir #a te$ka teretna vozila zauzimaju vi$e prostora% te im je potrebno vi$e vremena za prolazak kroz raskrsnicu. 2.4. Analiza %&'#(!a Seminarski ra# obu*vata analizu so"tvera S)nc*ro +% o#nosno njegovu primjenu u svako#nevnom saobraćaju. 7zvr$ena je analiza nekoliko razli&iti* uslova saobraćaja na raskrsnici% te su za svaku situaciju izvr$ene i simulacije. Primjena so"tverski* paketa u saobraćaju moe biti o# velikog zna&aja% a osnovne pre#nosti su(
automatski proračuni ra!ličitih "aktora u saobraćaju pregledna anali!a speci"ičnih situacija ogromna u&teda novčanih sredstava
6ventualne prije#loge rje$enja problema raskrsnice moguće je analizirati u 2: i 3: varijanti% a korekcija ulazni* vrije#nosti je veoma je#nostavna. 'gromna u$te#a nov&ani* sre#stava se o#nosi na poređenje simulacije i eksperimenta. So"tverska simulacija je neupore#ivo je"tinija varijanta u o#nosu na sprovođenje eskperimenta u stvarnim uslovima. =eđutim% postoje i o#ređeni ne#ostaci so"tverskog simuliranja. 'snovni ne#ostatak jeste $to on nika# ne moe obu*vatiti sve "aktore% a i sami "aktori nisu primjenjivi po# istim uslovima na razli&itim lokacijama. Simulacija moe #ati pribline uslove% ali nije moguće garantovati 1>?@ ta&nost izvođenja simulacije u o#nosu na realne uslove% ukoliko bi o#ređena simulacija bila primjenjena u praksi kao rje$enje problema. U svakom slu&aju pre#nosti so"tverskog simuliranja su velike% a u ovom ra#u je obja$njeno par postupaka pomoću koji* moemo #obiti jasniju sliku promjene uslova saobraćaja. Prvi se o#nosi na procenat TTV u saobraćaju% o#nosno kako saobraćaj na je#noj raskrsnici o#govara na povećanje ili smanjenje procenta u&e$ća te$ki* teretni* vozila. 'va simulacija moe biti o# velike koristi ukoliko se pre#viđa povećanje procenta ovi* vozila u stvarnim uslovima. To moe biti slu&aj ukoliko se u neposre#noj blizini raksrsnice planira konstrukcija autobaze% logisti&ki* centara% skla#i$ta ili #rugog vi#a objekta koji bi #oprinio povećanju u&e$ća TTV na posmatranoj raskrsnici. U #rugom slu&aju je analizirana i simulirana razlika u vrsti raskrsnice% te kako promjena iste uti&e na #uinu &ekanja unutar raskrsnice. U na$im uslovima smo zaklju&ili #a promjena raskrsnice regulisane svjetlosnom signalizacijom u krunu rakrsnicu nije povoljna. 7z po#ataka koji su priloeni takvi rezultati su i o&ekivani% ali u situacijama ka#a su vrije#nosti grani&ne% o#nosno ka#a je obim saobraćaja priblian grani&nim vrije#nostima uspostavljanja krune raskrsnice ili raskrsnice sa svjetlosnom signalizacijom ili &ak neregulisane raskrsnice% so"tverska simulacija moe pomoći u o#abiru optimalnog rje$enja. Aapokon% u trećem slu&aju je izvr$ena analiza proto&nosti na raskrsnici prilikom oteani* uslova saobraćaja. Vrije#nosti su #rasti&no povećane kako bi se naglasio e"ekat% kao i objasnio ra# so"tvera. U realnim uslovima% ova analiza moe biti kori$tena u slu&aju re#ovnog go#i$njeg porasta saobraćaja koji se #e$ava pogotovo u zemljama u razvoju. Aa osnovu toga moemo nekoliko go#ina unaprije# procijeniti #a li je potrebno pro$irenje% o#nosno uvođenje #o#atni* kolovozni* traka i za koje pravce% #a li je potrebna promjena ciklusa svjetlosne signalizacije% it#.
Postoji jo$ mnogo razli&iti* na&ina na koji se moe analizirati stanje saobraćaja na putnoj mrei kori$tenjem ovog so"tvera% $to ga &ini veoma pogo#nim za svako#nevnu primjenu u projektovajnu i regulisanju saobraćaja.
ZAKLJUČAK
LITERATURA >1@ :ouglas -. =ontgomer :esign an# !nal)sis o" 6Cperiments% 5t* 6#ition% Do*n Eile) F Sons% 7A-.% 21 >2@ G.Ga#anović% HTeorija mo#eliranja i simulacijaI% Univerzitet u Aovom Sa#u% Jakultet te*ni&ki* nauka% Aovi Sa#% 25. >3@ Kj. Limunović% =':6K7G!AD6% S7=UK!-7D6 7 UPG!VKD!AD6 PG'=6T'=% Jakultet prometni* znanosti ;agreb% 212. >9@ V. erić% S7=UK!-7DS<' =':6K7G!AD6% Jakultet prometni* znanosti ;agreb% 13. >5@ SMA-NG' + =!AU!K >4@ G. 8oi&ković% !utorizovana pre#avanja% Saobraćajni "akultet :oboj% 219
