Gebruiker:Kooik/Verkeersmodel

Verkeersmodellen

Voorbeeld van een autosnelweg-simulatiemodel

In toenemende maten spelen verkeersmodellen in op de actuele thema’s binnen verkeer en vervoer. Hierbij moet gedacht worden aan bijvoorbeeld:

• tijd- en plaatsafhankelijke congestie;
• kosten van mobiliteit;
• afstelling van verkeerslichten;
• etc.

Verkeersmodellen zijn instrumenten en geen doel op zich. Daarom is het belangrijk om van te voren goed na te denken welke problematiek er is en wat daarbij het best passende verkeersmodel is. Verkeersmodellen zijn ingedeeld in drie verschillende klassen, waarbij iedere klasse specifieke toegangsmogelijkheden behoren. De drie klassen verkeersmodellen zijn:

• Macroscopische modellen (zie ook: Macroscopische modellen);
• Mesoscopische modellen (zie ook: Mesoscopische modellen);
• Microscopische modellen (zie ook: Microscopische modellen).

Het hoe en waarom van een verkeersmodel

Waarom een verkeersmodel toepassen?

Het kan bij aanpassingen van de infrastructuur, of huidige bekende verkeersproblematiek, nuttig blijken om een verkeersmodel toe te passen. Voor de toekomst kunnen allerlei vragen worden gesteld, zoals: 'Wat gebeurt er als de wereld om ons heen veranderd?' en 'Wat gebeurd er als we op het gebied van verkeer en vervoer maatregelen treffen?'

Verkeer kan gezien worden als een complexe materie dat bestaat uit een aantal patronen dat de optelsom is van individueel reisgedrag. Het is moeilijk om zonder hulpmiddelen inzicht te krijgen in deze patronen. Met een verkeersmodel kan dat wel.

Het nemen van maatregelen is meestal kostbaar en middelen zijn vaak beperkt, waardoor een goede afweging tussen kosten en baten noodzakelijk is. Ook hier kan een verkeersmodel een goed hulpmiddel zijn.

Als laatste argument om een verkeersmodel te kiezen, met name een microscopische, is dat deze rekening houdt met de interactie van voertuigen, dynamische routekeuze per voertuig en effecten van infrastructuur zoals kruispunten en rijstroken. Hiermee is het mogelijk om wachtrijen, opgelopen vertragingen en sluipverkeer in kaart te brengen. Een ander voordeel van microscopische modellen is het visuele karakter, doordat rijdende voertuigen op het scherm getoond kunnen worden. Dat spreekt meer aan dan bijvoorbeeld een getal voor de intentsiteit op een weg.

Welk verkeersmodel?

Als al is gekozen om een verkeersmodel in te zetten, is het de vraag welk softwarepakket er gekozen moet worden. Er is een zeer groot aanbod aan verkeersmodellen beschikbaar. Afhankelijk van de beantwoording van een aantal vragen kan het model gekozen worden:

• Wat is het projectdoel? Kwantitatieve onderbouwing of visuele ondersteuning? Verkennend of gericht onderzoek?
• Wat is het schaal- en detailniveau? Lokale of regionale studie?
• Wat is het planjaar?
• Hoe groot is het studiegebied?
• Welke beoordelingscriteria zijn van belang?
• Welke bestaande modellen zijn al beschikbaar?
• Heeft de opdrachtgever kennis of ervaring of een eigen licentie voor een bepaald pakket?
• Wat is de planning en het budget?

Hoe wordt een verkeersmodel gemaakt

Bij het opstellen van verkeersmodellen zijn drie werkwijzen te onderscheiden:

• Bestaand verkeersmodel een op een toepassen;
• Nieuw model bouwen;
• Bestaand model aanpassen.

De laatste werkwijze wordt het meest toegepast, door een actualisatie of verfijning van het bestaande model, of een omzetting naar een ander softwarepakket. Onderweg zijn er dan een aantal fouten mogelijk, welke hieronder besproken worden.

• Conversie: Bij de conversie van een model naar een ander softwarepakket kunnen fouten optreden. Een conversie kan leiden tot andere toedelingsresultaten.
• Uitsnede: Een te kleine uitsnede uit een model kan leiden tot beperking van alternatieve routes, waardoor belangrijke alternatieve routes buiten het uitsnedegebied kunnen vallen.
• Detailinformatie toepassen: Het toevoegen van detailinformatie kan leiden tot andere uitkomsten en daardoor tot discussie over de resultaten.
• Kalibratie: Door kalibratie van een bestaand model kunenen uitkomsten veranderen en kan er discussie over de resultaten ontstaan.

Type verkeersmodellen

Er zijn drie verschillende type verkeersmodellen, alle verschillende modellen die worden toegepast, zijn onder te verdelen in deze type modellen.

Macroscopische modellen

Op strategisch niveau wordt veelal gebruik gemaakt van macroscopische verkeersmodellen. Dit type model kan worden ingezet voor onder andere:

• Regionale netwerkanalyses;
• MER-studies;
• Haalbaarheidstudies;
• OV-studies;
• Regionale en gemeentelijke verkeersstudies;
• Milieueffecten: lucht en geluid.

Mesoscopische modellen

Mesoscopische modellen worden veelal ingezet voor effectbepaling op middenlange termijn. Een mesoscopisch model geeft inzicht in effecten op een groter detailniveau dan de macroscopische modellen. Een belangrijk aspect van dit type modellen is dat bijvoorbeeld de dynamiek van de verkeersafwikkeling tijdens de spitsperiode inzichtelijk wordt gemaakt door middel van een dynamische toedelingsmethodiek.

Microscopische modellen

Met microscopische verkeersmodellen worden de effecten van individuele voertuigen bepaald. Studies met microscopische modellen kunnen in twee hoofdgroepen worden onderverdeeld:

De kruispunt- of strengstudies

De rol van microsimulatie hier is het toetsen van ontwerpen voor kleine gebieden. Hierin kunnen verkeersregelingen worden geoptimaliseerd en verkeerskundige ontwerpen worden getoetst en gefinetuned.

De netwerkstudies

In deze studies wordt een model ontwikkeld voor een gemeente, stad of regio. De volgende soorten vragen kunnen aan de hand hiervan worden onderzocht:

• Doorstroming openbaar vervoer;
• Combinaties van benuttingsmaatregelen;
• Fasering van wegwerkzaamheden (regionale afstemming);
• Evaluatie van verkeersregelingen;
• Parkeren/ parkeergeleiding;
• AVB / gebiedsgericht benutten;
• Evaluatie en optimalisatie van wegontwerp;
• Verkeersstructuurplannen;
• Prijsbeleid, zoals tol en kilometerheffing;
• Effectbepaling van calamiteitenplannen en incidenten;
• Milieueffecten: lucht en geluid.

Voorbeelden verkeersmodellen

Verkeersmodellen zijn er in alle soorten en maten en kunnen op verschillende wijzen worden ingedeeld, hier een aantal voorbeelden:

Verkeersmodellen naar vervoerwijze

Er bestaan verschillende verkeersmodellen voor de verschillende modaliteiten. Zo zijn er modellen gericht op openbaar vervoer, op de binnenvaart, op het wegverkeer en zelfs modellen voor voetgangerstromen.

Verkeersmodellen naar methodiek

• Deterministisch: de modellen produceren resultaten op basis van deterministische regels. Iedere keer dat een modelrun wordt herhaald zal dezelfde uitkomst resulteren.
• Stochastisch: dit type modellen maakt gebruik van 'gelote' waarden uit kansverdelingen. De resultaten zullen in het algemeen verschillen per run.

Verkeersmodellen naar berekeningstechniek

• Door analytische technieken (bijvoorbeeld 'optimal control')
• Door simulatietechnieken, zie ook: computersimulatie

Verkeersmodellen naar toepassingsgebied

• Netwerken: Modellen die complete netwerken beschrijven (zoals een auto of openbaar vervoernetwerk)
• Strengen: Strengmodellen beschouwen geen netwerk maar een autoweg met eventueel enkele op- en afritten of andere knelpunten. Bedoeld voor detailanalyses voor verkeersafwikkeling bij scenario's met verschillende wegconfiguraties.
• Conflictpunten: Modellen die zich specifiek richten op kruispunten of rotondes, eventueel met een verkeerslichtregeling.

Verkeersmodellen naar functie

• Beslissingsondersteunend model; voor het ondersteunen van beleidsmakers bij het maken van beslissingen.
• Researchmodel; voor onderzoekers en wetenschappers om bepaalde vraagstukken nader te analyseren.

Verkeersmodellen naar toedelingstype

• Statische modellering (zie ook: Statische toedeling);
• Dynamische modellering (zie ook: Dynamische toedeling).

Generatie

Onder generatie worden de factoren van een verkeersmodel die mobiliteit genereren verstaan. Belangrijke gegevens die van invloed zijn op de generatie zijn:

• Aantal inwoners
• Aantal arbeidsplaatsen
• Aantal leerlingen
• Aantal/grootte winkels
• Etc.

Onder het generatief effect wordt de toe- of afname van het totaal aantal verplaatsingen verstaan.

Aan de hand van productie- en attractiemodellen wordt de generatie van een bepaalde locatie omschreven. Een voorbeeld van een model die de generatie van een bepaalde locatie omschrijft in een formulevorm is hieronder gegeven:

D_i = P_i * α_i + Q_i * β_i

Waarin:

• D_i = aantal vertrekken uit i
• P_i = aantal inwoners in i
• Q_i = aantal arbeidsplaatsen in i
• α en β = parameters

Distributie

Dynamische modellen

Dynamische verkeersmodellen houden rekening met capaciteitsveranderingen binnen het netwerk, en de gevolgen van files. Dynamische verkeersmodellen zijn geschikt om inzichten te krijgen in gevolgen van reconstructie van bij voorbeeld een kruispunt of een invoegstrook op eenstroomweg. Ook kunnen de verkeersregelinstallaties getest worden in dit model.

Een dynamisch verkeersmodel wordt ook gebruikt als presentatiemiddel voor wegbeheerders. De gevolgen van files kunnen zo getoond worden aan de opdrachtgever, wat het gebruik van een dynamisch model aantrekkelijk maakt. De voertuigen kunnen als het ware bijna realistisch gesimuleerd worden.

Distributie: als bepaald is hoeveel mensen er in van zone A naar zone B of zone C, enzovoorts, vertrekken en aankomen, kan bepaald worden hoeveel mensen van A naar B reizen. Dit is afhankelijk van de hoeveelheid mensen die aankomen en vertrekken, en van de afstand, reistijd en / of -kosten tussen A en B. Voor de routeberekening wordt meestal gebruikgemaakt van routes berekend met Dijkstra's Kortste Pad Algoritme. Voor de distributie wordt meestal een zwaartekrachtformule gebruikt. Het resultaat is een tabel met het aantal verplaatsingen tussen iedere zone. Een dergelijke tabel wordt een HB-matrix of HB-tabel (herkomst/bestemming) genoemd.

Herkomst Bestemmingsmatrix

Een Herkomst/Bestemmingsmatrix (H/B-matrix) is een tabel met de verplaatsingen tussen de verschillende herkomsten en bestemmingen in een netwerk. Voor allerlei verkeersmodellen zijn met name de verhoudingen tussen de verschillende vervoersstromen van belang, om te kunnen voorspellen welke routes worden gebruikt. Gebruikelijke methodes hiervoor zijn enquêtes en sinds kort ook kentenherkenning Onderwerp, hoewel hiermee slechts een beperkt deel van het netwerk in beeld komt. Andere methodes om H/B-matrix te schatten zijn gebaseerd op socio-economische data en/of splitfracties van het verkeer bij knooppunten.

Distributiemodel

Het uitgangspunt van het distributiemodel is het aantal aankomsten en vertrekken per zone per periode dat is voorspeld door het productie-attractiemodel. Daarnaast zijn er gegevens nodig over de verplaatsingsweerstand tussen iedere zones. De verplaatsingsweerstand tussen zone i en zone j geeft aan hoe goed zone j bereikbaar is vanuit zone i. De verplaatsingsweerstand hangt af van verschillende factoren, waaronder de verplaatsingsafstand, -tijd en -kosten van de verschillende alternatieve vervoerwijzen. Het distributiemodel meestal geen lineair maar een multiplicatief model:

Pi,j,t = ni,t * Vi,t * mj,t * Aj,t * fi,j,t

waarbij:

Pi,j,t: het aantal verplaatsingen van zone i naar zone j in periode t

Vi,t: het aantal vertrekken uit zone i in periode t

Ai,t: het aantal aankomsten in zone j in periode t

fi,j: verplaatsingsweerstand tussen zone i en zone j

ni,t: evenwichtsfactor productie

mj,t: evenwichtsfactor attractie

De variabelen n en m zijn evenwichtsfactoren die ervoor moeten zorgen dat het totaal aantal vertrekken en het totaal aantal aankomsten per zone en per periode overeenkomt met het aantallen die zijn berekend met het productie-attractiemodel. Om deze waarden te bepalen wordt een zo genaamde. vereffeningberekening toegepast.

Vervoerwijzekeuze

Vervoerwijze is de manier waarop een persoon of een goed wordt verplaatst.

Vervoerwijze wordt ook wel modaliteit of mode genoemd. Voorbeelden van modaliteiten in het personenvervoer zijn:

• Lopen
• Fietsen
• Autorijden
• Openbaar vervoer

Bij goederenvervoer zijn dit bijvoorbeeld:

• Vervoer per vrachtwagen
• Vervoer per trein
• Vervoer per schip

De verdeling van de verplaatsingen over de verschillende vervoerwijzen wordt de modal split genoemd. Deze verdeling wordt meestal als percentage van het totaal aantal ton-kilometerverplaatsingen in een gebied bepaald.

Invloedsfactoren

Er zijn veel factoren van invloed op de vervoerwijzekeuze.

De eerste en tevens een van de belangrijkste is de beschikbaarheid van verschillende vervoermiddelen. Personen zijn in te delen in drie verschillende klassen:

• Captives: dit zijn personen die veroordeeld zijn aan een bepaald soort vervoermiddel. Deze term wordt het vaakst in verband gebracht met het openbaar vervoer. Wanneer iemand niet beschikt over een auto, de bestemming te ver weg is om te lopen of fietsen en zijn inkomen niet hoog genoeg is om een taxi te nemen, is deze een ‘’captive’’ van het openbaar vervoer.
• Auto-captives: dit zijn personen die afhankelijk zijn van een auto, omdat de bestemming niet bereikbaar is voor het openbaar vervoer, of omdat de aard van de werkzaamheden zodanig is, dat openbaar vervoer niet in aanmerking komt. Een voorbeeld hiervan is iemand die afhankelijk is van een bedrijfsauto met gereedschap.
• Keuze-reizigers: deze personen zijn niet gebonden aan een bepaalde vervoerwijze.

Aangezien keuze-reizigers niet afhankelijk zijn van een bepaalde vervoerwijze, wordt aangenomen dat zij hun keuze maken op basis van relationele overwegingen. De hierop van invloed zijnde factoren worden ingedeeld in drie klassen:

• Kenmerken van de reiziger: deze klasse geeft het verband aan tussen vervoerwijzekeuze en sociaal-economische karakteristieken, zoals beroep, inkomen, leeftijd, geslacht, etcetera. Het belangrijkste kenmerk is hierbij de autobeschikbaarheid.
• Kenmerken van de vervoerwijze: onder deze klassering vallen zaken zoals reistijd, kosten, parkeermogelijkheden, comfort, veiligheid en betrouwbaarheid van verschillende vervoerwijzen.
• Kenmerken van de verplaatsing: in deze klassering wordt gekeken naar de motief van de verplaatsing. Dit kan bijvoorbeeld woon-werkverkeer of verkeer naar een winkel zijn. Van belang hierbij is de vervoerwijze bij dit verkeer en het tijdstip van het verkeer.

Een verkeersmodel dat de vervoerwijzekeuze goed wil representateren, moet rekening houden met veel van bovenstaande factoren. Meestal volstaat men echter met een weerstandsfactor c_ijm.

Vervoerwijzekeuze als onderdeel van de distributieberekening

Wanneer de vervoerwijzekeuze als onderdeel van de distributie wordt berekend wordt gesproken over trip-interchangemodellen. Aangezien distributie en vervoerwijzekeuze nauw met elkaar verbonden zijn, wordt dit type verkeersmodel daarom ook veelvuldig toegepast.

Toedeling

Bij toedelingsmodellen worden twee typen modellen onderscheiden. Statische- en dynamische modellen. Deze modellen werken op basis van Herkomst-bestemmingmatrix, wat het resultaat is van het distributiemodel. Aan de verschillende relaties in de matrix worden waarden voor de intensiteit toegekend, dit is de basis van het toedelingsmodel.

Statische toedeling

Bij een statische toedeling wordt er voornamelijk gekeken naar wat de kortste en/of snelste route is, afhankelijk van de drukte en reistijd. Bij de statische toedeling zijn twee toedelingen te onderscheiden, namelijk de 'alles of niets'-toedeling (AON) en de 'capacity restraint'-toedeling (CRT).

• AON-toedeling: bij de AON-toedeling gaat de bestuurder altijd voor de kortste route die mogelijk is met de schakels die in het verkeersnetwerk aanwezig zijn. Hierin is het mogelijk dat bepaalde schakels korter zijn, maar dat het toch langer duurt om deze te berijden. Dit kan bijvoorbeeld komen door een beperkte snelheid ten opzichte van een andere schakel. Dit is een vrij simpele toedeling en hiermee kan het netwerk niet optimaal functioneren. Deze toedelingsmethode is vooral toepasbaar wanneer er weinig route-alternatieven zijn. De AON-toedeling werkt met het (Kortste Pad Algoritme van Dijkstra).

• CRT-toedeling: een betere toedeling is de CRT-toedeling. Bij de CRT-toedeling wordt er van uitgegaan dat de meeste bestuurders weten wat de kortste en snelste route is, waardoor de intensiteit op deze routes te groot wordt zodat congestievorming optreedt, oftewel dat de capaciteit wordt bereikt. Vandaar Capacity Restraint. Hierdoor worden andere routes sneller. Bij een CRT-toedeling probeert het model hierin evenwicht te vinden, zodat de schakels uiteindelijk even veel worden belast. Bij testen van een model kan dan door het aantrekkelijker maken van de andere schakels de meest gebruikte schakels ontlast worden. Dit kan bijvoorbeeld bereikt worden door het aanpassen van de snelheidsrestrictie op de drukke schakels. Ook kan bijvoorbeeld een rustige schakel aantrekkelijker gemaakt worden door middel van het herstructureren van deze schakel. Als een schakel op het moment een gebiedsontsluitingsweg is en weinig wordt gebruikt, kan deze bijvoorbeeld worden opgewaardeerd tot stroomweg.

Dynamische toedeling Dynamic Traffic Assignment (TDA)

Bij een statische toedeling wordt er dus geen gebruik gemaakt van de invloeden van congestie in een verkeersnetwerk. Bij filevorming houdt een statische toedeling geen rekening met sluipwegen die aantrekkelijker worden dan de hoofdroute. Een dynamische toedeling houdt wel rekening met de effecten van vertraging door drukte op de weg. Bij een dynamische toedeling wordt bijvoorbeeld per 15 minuten berekend wat de huidige actuele verkeerssituatie is en wat de meest aantrekkelijke routes zijn. Hierbij wordt rekening gehouden met eventuele congestie.

Toedeling in een microscopisch model

In een microscopisch model wordt een dynamische toedeling gebruikt. Bij een microscopisch model worden voertuigen afzonderlijk weergegeven. Het gedrag van een voertuig is functie van het gedrag van de hem omringende voertuigen. De toedelingsmodellen in een micro-simulatie zijn gebaseerd op dezelfde principes als de toedelingsmodellen in een macro-model. Echter biedt het micro-model als voordeel dat de weerstand van en de doorstroming door een sectie beter benaderd kan worden. Bovendien kunnen bottlenecks op een schakel tengevolge van dynamische effecten of lokale geometrie bestudeerd woren. Met gebruik van macro-simulatie kan dit niet onderzocht worden omdat dat veel globaler is. Ook kunnen alleen bij micro-simulatiemodellen golfpatronen van congestie's gesimuleerd worden.