Using neural networks in the process of calibrating the microsimulation models in the analysis and design of roundabouts in urban areas : thesis

angleški

doktorska dela

2011

Disertacije   kalibracija   Krožna križišča   mikro simulacija prometnih modelov   modeliranje   nevronske mreže   potovalni čas   prometni modeli   računalniška kalibracija   simulacija

Univerza v Mariboru, Fakulteta za gradbeništvo, prometno inženirstvo in arhitekturo

V predloženi doktorski disertaciji je obravnavana in raziskana uporaba nevronskih mrež v procesu računalniške kalibracije (umerjanja) mikro-simulacijskih prometnih modelov. Proces kalibracije je uporabljen na primeru VISSIM mikro-simulacijskega modela, za načrtovanje in analizo krožnih križišč v urbanem okolju. Izmed petih analiziranih metod računalniške kalibracije smo izbrali tri najoptimalnejše (Metodo I, II in IV) v nadaljnjo raziskavo. Izbrane metode temeljijo na spreminjaju izhodnih parametrov prometnega toka, določenih s pomočjo nevronskih mrež in števila nevronskih mrež v postopku računalniške kalibracije. Osnovni cilj uporabe nevronskih mrežje bil, da smo s pomočjo računalniške kalibracije prometnih parametrov dosegli napoved izhodiščnih (VISSIM) simulacij za izbrane prometne kazalce - čas potovanja med mernimi točkami in parametri čakalne vrste (maksimalna čakalna vrsta in število ustavljanj na vhodu v krožno križišče). Baze podatkovza treniranje nevronskih mrež sestavlja 1379 različnih kombinacij vhodnih parametrov, pri čemer smo spreminjali izhodiščne kazalce mikrosimulacij (VISSIM modela). Nadalje smo trenirali 176 nevronskih mrež in rezultate kalibracije primerjali glede na kriterija treniranosti in generalizacije. Tako je bila v nadaljevanju izbrana najbolša nevronska mreža za posamezen model kalibracije, in sicer s pomočjo dvo-fazne validacije nevronskih mrež. Metoda I je metoda kalibracije, ki temelji na kalibraciji prometnega kazalca, t.j. čas potovanja in omogoča validacijo rezultatov glede na drugi opazovan kazalec, t.j. parametre čakalne vrste. Metodi II in IV povezujeta prej omenjeni proceduri kalibracije in validacije v enem samem procesu kalibracije, ki kalibrira vhodne parametre glede na dva prometna kazalca. Potrditev analiziranih kalibracisjkih metod smo izvedli na primeru treh novih nizov izmerjenih podatkov - dva niza smo izmerili na istem krožnem krožišču in enega na drugi lokaciji (drugem krožnem križišču). Najboljše rezultate validacije računalniške kalibracije smo dosegli z uporabo Metode I, ki smo jo v nadaljevanju tudi predlagali kot najbolj primerno metodo za računalniško programsko kalibracijo. Rezultate prometnih parametrov, ki smo jih pridobili s kalibriranim VISSIM prometnim modelom, smo primerjali z: vrednostmi, dobljenimi z meritvami na terenu; obstoječimi metodami analize za operativni izračun karakteristik krožnega križišča (z metodo Lausane, s Kimber-Hollis metodo in HCM) in z rezulttai simulacije, dobljenimi z nekalibriranim VISSIM modelom. Rezultati, dobljeni s kalibriranim modelom, so pokazali zelo dobro ujemanje z realnim dogajanjem v krožnih križiščih. Učinkovitost procesa programske kalibracije smo potrdili s primerjavo emd izmerjenimi in modeliranimi vrednostmi časovnih praznin (zamud), kot neodvisnega prometnega kazalca, saj ga nismo uporabili v procesu kalibraciej in validacije mikrosimulacijskih prometnih modelov. Na koncu je prikazan še praktični primer uporabe kalibriranega modela za analizo vpliva prometnega toka pešcev na vhodne in izhodne prometne tokove motornih vozil v krožnem krožišču. Analizirani so razični možni scenariji v realnih in predpostavljenih prometnih pogojih.

07.08.2023