SlideShare une entreprise Scribd logo
1  sur  57
Télécharger pour lire hors ligne
-
Incorporating congestion phenomena into large scale strategic
transport model systems
Samenvatting PhD
onderzoek van Luuk
Brederode 2013-2023
titel presentatie
1
Presentatie voor Rijkswaterstaat - WVL
2023-01-11
-
Inhoud
• Relevantie van dit onderzoek en introductie tot STAQ
• Positionering van STAQ en SDTAQ ten opzichte van andere toedelingsmodellen
• Matrixkalibratie met STAQ
• SDTAQ - Semi dynamische versie van STAQ
donderdag 9 februari 2023
titel presentatie 2
-
Is dit onderzoek relevant?
resultaten uit een enquête onder 62 consultants en onderzoekers in ons veld
Wie waren de respondenten?
• Eerste ‘wave’:
• 35 Goudappel collega’s in maart 2022
• Tweede ‘wave’:
• 27 deelnemers in mijn sessie op het PLATOS colloquium in maart 2022
• In totaal: 62 respondenten die elk 2 vragen hebben beantwoord
donderdag 9 februari 2023
Multi Source Matrix Calibration – first large scale application 3
-
Q1: Wat is de beste maat voor file-omvang als je een
strategische studie doet?
donderdag 9 februari 2023
Multi Source Matrix Calibration – first large scale application 4
1. File lengtes
1.6%
2. Reistijdvertragingen of voertuigverliesuren
56.5%
3. File duur
0%
4. Filezwaarte (=lengte*duur)
41.9%
-
Q2: Hoe beoordelen we of een strategisch
verkeersmodel files goed beschrijft?
Door te vergelijken met:
donderdag 9 februari 2023
Multi Source Matrix Calibration – first large scale application 5
1. Waargenomen filelengten
21.3%
2. Waargenomen reistijdvertragingen of voertuigverliesuren
13.1%
3. Waargenomen fileduur
0%
4. Waargenomen filezwaarte (=lengte * duur)
14.8%
5. ‘Waargenomen’ i/c verhoudingen of wensvraag
50.8%
Waarom beoordelen we vooral op I/C
verhoudingen ipv reistijdvertragingen?
donderdag 9 februari 2023
Matrixkalibratie met STAQ 6
Waarnemingen
Intensiteit [vtg/u/strook]
Toedelingsmodel
Snelheid
[km/u]
Intensiteit [vtg/u/strook]
Snelheid
[km/u]
Waarom beoordelen we vooral op I/C
verhoudingen ipv reistijdvertragingen?
donderdag 9 februari 2023
Matrixkalibratie met STAQ 7
Waarnemingen
Intensiteit [vtg/u/strook]
Toedelingsmodel
Snelheid
[km/u]
Omdat een statisch capacity restrained model wegvakken met congestie niet kan beschrijven
zijn gemodelleerde snelheden op/boven capaciteit niet als vertragingen interpreteerbaar.
Intensiteit [vtg/u/strook]
Snelheid
[km/u]
Waarom kunnen we met STAQ wel beoordelen
op reistijdvertragingen?
donderdag 9 februari 2023
Matrixkalibratie met STAQ 8
Waarnemingen
Intensiteit [vtg/u/strook]
Toedelingsmodel
Snelheid
[km/u]
Intensiteit [vtg/u/strook]
Snelheid
[km/u]
STAQ is wél in staat om wegvakken met congestie te beschrijven. We kunnen dus ook
echte reistijdvertragingen uitrekenen.
Dat uit zich ook in congestiepatronen: Case study
Rijstroken toegevoegd
Kruispuntcapaciteit
uitgebreid
Uit: Brederode et al (2019)
donderdag 9 februari 2023
Matrixkalibratie met STAQ 9
Toedeelresultaten referentie situatie
Legenda:
Bandbreedten: intensiteiten (vtg/h ochtendspits)
Kleuren: snelheid (als percentage van vrije snelheid)
Bollen: Omvang verticale wachtrijen (VVU’s)
Toedeelresultaten capacity restrained
Toedeelresultaten STAQ
80% 100%
0%
308
Uit: Brederode et al (2019)
donderdag 9 februari 2023
Matrixkalibratie met STAQ
Toedeelresultaten scenario met maatregelen
1. Bottleneck op afrit verdwijnt
2. Bottleneck op snelweg verdwijnt
3. Meer verkeer via Berlicumseweg
4. Intensivering van bottlenecks en
spillback stroomafwaarts
5. Minder vertraging op ring Den Bosch
6. Meer instroom vanuit ring Den Bosch,
activatie van nieuwe bottleneck op
knooppunt
1
2
4
4
3
5
6
3
4
1
2
Toedeelresultaten capacity restrained
Toedeelresultaten STAQ
Legenda:
Bandbreedten: intensiteiten (vtg/h ochtendspits)
Kleuren: snelheid (als percentage van vrije snelheid)
Bollen: Omvang verticale wachtrijen (VVU’s)
80% 100%
0%
308
Uit: Brederode et al (2019)
donderdag 9 februari 2023
Matrixkalibratie met STAQ 11
Framework (focusing on network loading model)
pagina 13
Static
Semi-dynamic
Dynamic
Unrestrained Capacity
Restrained
Capacity
Constrained
Capacity & Storage
Constrained
Simplified from:
Bliemer, M.C.J., Raadsen, M.P.H., Brederode, L.J.N., Bell, M.G.H., Wismans, L.J.J., Smith, M.J., 2017.
Genetics of traffic assignment models for strategic transport planning. Transp. Rev. 37, 56–78.
Spatial interaction assumptions
Temporal
interaction
assumptions
-least ‘capable’ model
-best scalable / fastest model
-nicest mathematical properties
-most ‘capable’ model
-least scalable / slowest model
-worst mathematical properties
Spatial interaction assumptions
pagina 14
Adopted from:
Brederode, L., Pel, A.J., Wismans, L., de Romph, E., Hoogendoorn, S.P., 2019. Static Traffic Assignment with Queuing: model
properties and applications. Transportmetrica A: Transport Science 15, 179–214. https://doi.org/10.1080/23249935.2018.1453561
Capacity
Restrained
Capacity
Constrained
Capacity & Storage
Constrained
Link model
Node model None Existent Existent
Temporal interaction assumptions
pagina 15
Adopted from:
Bliemer, M.C.J., Raadsen, M.P.H., Brederode, L.J.N., Bell, M.G.H., Wismans, L.J.J., Smith, M.J., 2017.
Genetics of traffic assignment models for strategic transport planning. Transp. Rev. 37, 56–78.
Modelled Demand
‘True’ Demand
Framework and most used models in practice
pagina 16
Semi-dynamic
Unrestrained Capacity
Restrained
Capacity
Constrained
Capacity & Storage
Constrained
Simplified from:
Bliemer, M.C.J., Raadsen, M.P.H., Brederode, L.J.N., Bell, M.G.H., Wismans, L.J.J., Smith, M.J., 2017.
Genetics of traffic assignment models for strategic transport planning. Transp. Rev. 37, 56–78.
Spatial interaction assumptions
Temporal
interaction
assumptions
Static
Dynamic
‘All-Or-Nothing’
(Dijkstra, 1959)
‘Macroscopic Dynamic’
(CTM, Daganzo (1994);
LTM, Yperman (2007))
‘Static Equillibrium’
(Beckmann et al, 1956)
Classification of traffic assignment models
pagina 17
Semi-dynamic
Unresponsive to
congestion
Route distribution
due to congestion
Vertical queues
due to congestion
Horizontal queues
due to congestion
Simplified from:
Bliemer, M.C.J., Raadsen, M.P.H., Brederode, L.J.N., Bell, M.G.H., Wismans, L.J.J., Smith, M.J., 2017.
Genetics of traffic assignment models for strategic transport planning. Transp. Rev. 37, 56–78.
Spatial interaction assumptions
Temporal
interaction
assumptions
‘All-Or-Nothing’
(Dijkstra, 1959)
‘Macroscopic Dynamic’
(CTM, Daganzo (1994);
LTM, Yperman (2007))
‘Static Equillibrium’
(Beckmann et al, 1956)
Static
Dynamic
‘STAQ squeezing’
(Brederode et al, 2019)
‘STAQ queuing’
(Brederode et al, 2019);
Bliemer and Raadsen 2020
‘SDTAQ squeezing’
(Brederode et al, 2023(?))
‘SDTAQ queuing’
(Brederode et al, 2023(?))
These models do not
converge to user
equillibrium with known
algorithms (and/or user
equillibrium does not
exist – Dafermos 1980)
Multi Source
Matrix
Calibration
Grootschalige toepassing op het
provinciale verkeersmodel van de
provincie Noord-Brabant
Ontwikkeltraject uitgevoerd door DAT.Mobility in
opdracht van de
donderdag 9 februari 2023
Matrixkalibratie met STAQ 18
Aanleiding en projectdoel
• In de Brabant Brede Model Aanpak (BBMA) wordt STAQ in plaats van een capacity
restrained toedelingsmethode gebruikt.
• Dit zorgt voor een accuratere beschrijving van effecten van congestie.
• Het biedt tevens kansen om op tellingen beïnvloed door congestie te kalibreren (geen
wensvraag nodig) en om ook te kalibreren op filelocaties en reistijden
• Bij aanvang van dit project was een prototype implementatie van deze nieuwe
matrixkalibratie methodiek (MSMC) beschikbaar en beschreven in een wetenschappelijk
paper*.
• De scope van dit project is om de praktische meerwaarde van deze methode te
onderzoeken door de vigerende kalibratie (die OtMatrixEstimation en STAQ is uitgevoerd)
te herhalen met MSMC en STAQ.
donderdag 9 februari 2023
Matrixkalibratie met STAQ 19
*Brederode, L., Pel, A.J., Wismans, L., Rijksen, B., Hoogendoorn, S.P., 2023. Travel demand matrix estimation for strategic road traffic assignment models with strict
capacity constraints and residual queues. Transportation Research Part B: Methodological 167, 1–31. https://doi.org/10.1016/j.trb.2022.11.006
-
Legenda:
Bandbreedten: intensiteiten (pae/h ochtendspits)
Kleuren: snelheid (als percentage van vrije snelheid)
Bollen: Omvang verticale wachtrijen (VVU’s)
80% 100%
0%
Dataverzameling – apriori toedeling
donderdag 9 februari 2023
Matrixkalibratie met STAQ 20
BBMB 2 uurs PAE toedeling van apriori matrix
NB: toedeling heeft plaats gevonden op alle
wegvakken, alleen voor de leesbaarheid zijn de own
wegvakken weggelaten in dit plaatje
1.580.764
3.920.406
OD-pairs>0
Routes
145.269 Links
103.045
17.632
Nodes
Junctions
-
Dataverzameling – convergentie apriori toedeling
donderdag 9 februari 2023
Matrixkalibratie met STAQ 21
PAE 2u toedeling convergeert in 1:41 uur
(13 iteraties) tot DG < 5E-04
Om bruikbare resultaten te leveren moet een strategische
toedeling het gebruikersevenwicht bereiken. Dit is bereikt
wanneer de ‘duality gap’ (DG) waarde kleiner dan 5E-04 is.
Dataverzameling – waargenomen intensiteiten
• Telset overgenomen van BBMB 2018 (456 pae-tellingen)
• Tellocaties met <5% ongehinderd* verkeer of <5% ongehinderde routes (in de apriori
toedeling) verwijderd uit telset omdat deze (bijna) alleen netwerk informatie bevatten
(deze data zou voor netwerk-kalibratie gebruikt moeten worden, niet voor vervoersvraagmatrixkalibratie)
donderdag 9 februari 2023
Matrixkalibratie met STAQ 22
Aantal % van tellocaties
Tellocaties met <5% ongehinderd verkeer 21 5%
Tellocaties met <5% ongehinderde routes 14 3%
Tellocaties met 1 van beide onder 5% 21 5%
*verkeer is gehinderd wanneer het in de a-priori
toedeling een actieve bottleneck gepasseerd is
-
Methodiek op hoofdlijnen (algoritme)
donderdag 9 februari 2023
Matrixkalibratie met STAQ 23
-Voor details en een boel wiskunde zie:
Brederode, L., Pel, A.J., Wismans, L., Rijksen, B., Hoogendoorn,
S.P., 2023. Travel demand matrix estimation for strategic road
traffic assignment models with strict capacity constraints and
residual queues. Transportation Research Part B: Methodological
167, 1–31. https://doi.org/10.1016/j.trb.2022.11.006
-Ga ik nu verder niet bespreken
-
Een solver die grootschalige sparse
quadratische optimalisatieproblemen
met non negativity- en lineaire
bottleneck constraints kan oplossen
Een statisch capacity
constrained toedelingsmodel
Upper level:
Minimaliseer verschillen tussen
gemodelleerde en waargenomen intensiteiten en
reistijden en geschatte en apriori HB matrix;
met kiemlocaties als randvoorwaarde;
Gebruik makend van HB paren per telling die nog
niet gereduceerd zijn
HBmatrices
Lower level:
Bepaal relaties tussen huidige HB-matrices en
wegvakintensiteiten
RouteFracties,
Bottleneck
Reductiefactors
+ gevoeligheden
Waargenomen wegvak-intensiteiten
Waargenomen reistijden Waargenomen kiemlocaties
Diagram op basis van: Brederode en Verlinden (2019)
Apriori HB matrix
Methodie op hoofdlijnen (implementatie)
24
-
Resultaten – overzichtsdashboard
donderdag 9 februari 2023
Matrixkalibratie met STAQ 25
Gemiddelde afwijking per tellocatie neemt in 5 iteraties af
naar 7%
Gemiddelde afwijking per reistijdtraject daalt van 25 naar
12%
Gemiddelde kalibratie effect per HB paar bedraagt 0.20%
Tekort (overschot) aan verkeer
op (niet)file locaties benaderd 0
Verloop van doelfunctie waarde (samenvattende maat die
het algoritme probeert te minimaliseren)
NB: stippellijnen en cursieve
cijfers in de grafieken
representeren afwijkingen van
de vigerende BBMB kalibratie
322
90
0
NB, het max aantal iteraties is
(arbitrair) op 5 gesteld
0.13
-
Resultaten - intensiteiten
donderdag 9 februari 2023
Matrixkalibratie met STAQ 26
-
Resultaten - congestiepatronen
donderdag 9 februari 2023
Matrixkalibratie met STAQ 27
Rang waargenomen
FileZwaarte Koplocatie
in BBMB
2018?
In pae-toedeling
BBMB 2018?
in MSMC zonder
reistijden? in MSMC?
1 A27 noord (Gorinchem) ( 303_a27_hm28.5 )
2 A2 noord (Maarheeze) ( 306_a2_hm175.6 )
3 A58 oost (Eindhoven) ( 302_a58_hm25.0 )
4 A2 noord (eindhoven) ( 306_a2_hm175.6 )
5 A16 noord (Dordrecht) ( 410_301_a16_hm44.0 )
6 A2 noord (Utrecht) ( 308_a2_hm109.7 )
7 A67 west (Eindhoven) ( 309_a67_hm27.3 )
8 A58 oost (Tilburg) ( vild093_a58 )
9 A2 zuid (Den Bosch) ( 618_a2_hm96.7 )
10 A67 west (Eindhoven) ( 311_a67_hm32.5 )
11 A58 oost (Eindhoven) ( 307_a58_hm18.5 )
12 A58 oost (Tilburg-centrum) ( 319_a58_hm44.2 )
13 A50 zuid (Oss) ( vild161_a50 )
14 A59 west (Den Bosch) ( vild820_a59 )
15 A59 noord (Nijmegen) ( vild505_a59 )
16 A50 west (Veghel) ( vild418_a50 )
Niet hier, maar grote kiemen
binnen kp Hooipolder
Kiem die in sommige iteraties
(met verschil van 1 voertuig)
verdwijnt
-
Resultaten - trajectvertragingen
donderdag 9 februari 2023
Matrixkalibratie met STAQ 28
• Op alle trajecten scoort MSMC beter
dan synthetisch
• Afwijkingen dalen van gemiddeld 25%
naar gemiddeld 12% per traject
• In absolute zin dalen afwijkingen van:
• tussen 25 sec en 5 minuten; naar
• tussen 12 sec en 2 minuten
• Detail-analyses wijzen uit dat
inconsistenties in brondata een betere
fit voorkomen
• NB: deze analyse bevat alleen trajecten
waar (volgens google reistijden)
vertraging door wachtrijvorming plaats
vindt
-
Resultaten - rekentijden
donderdag 9 februari 2023
Matrixkalibratie met STAQ 29
• MSMC heeft alle vijf iteraties nodig om de genoemde fit op reistijden te bereiken. MSMC is
daarmee ca 11% sneller dan de huidige methode.
• MSMC heeft slechts drie iteraties nodig om een betere fit op tellingen te bereiken dan die van de
huidige methode. Wanneer de fit op trajectvertragingen niet beschouwd zou worden is MSMC ca
40% sneller dan de huidige methode
• Er zijn een drietal aandachtspunten bij deze vergelijking:
• BBMB genereert elke iteratie nieuwe routes, MSMC doet dat niet. Hierdoor is MSMC in het voordeel.
• BBMB deelt personenauto en vracht apart toe, MSMC deelt pae’s toe. Hierdoor is MSMC in het voordeel.
• BBMB doet 1 uurs toedeling; MSMC 2 uurs. Hierdoor is BBMB in het voordeel
aantal STAQ iteraties
rekentijd STAQ + routesets
type SMC rekentijd SMC totale rekentijd aantal STAQ iteraties
rekentijd STAQ+lower level rekentijd upper level totale rekentijd
10 04:10:00 kiem 00:09:06 04:19:06 12 02:56:36 01:10:40 04:07:16
10 03:37:58 tellingen 01:56:36 05:34:34 15 02:57:30 00:59:20 03:56:50
10 03:38:44 kiem 00:09:27 03:48:11 14 02:47:04 00:45:44 03:32:48
10 03:39:53 tellingen 02:00:22 05:40:15 13 02:38:49 00:20:28 02:59:17
13 02:39:51 00:00:00 02:39:51
40 15:06:35 04:15:31 19:22:06 67 13:59:50 03:16:12 17:16:02
MSMC 5mln routes 2 uur
BBMB2018 kalibratie 5mln routes 1 uur
-
Conclusies 1
• MSMC maakt gebruik van aanvullende informatie over bottlenecks uit de STAQ toedeling
• Daardoor kan:
• MSMC direct op tellingen beïnvloed door congestie kalibreren (geen wensvraag nodig);
• MSMC ook op waargenomen filelocaties en trajectvertragingen kalibreren.
• MSMC houdt ook rekening met de effecten van kruispuntmodellering (niet eerder
benoemd)
• De methodiek achter MSMC kan ook op meerdere klassen weggebruikers kalibreren, maar
dat is nog niet geïmplementeerd
donderdag 9 februari 2023
Matrixkalibratie met STAQ 30
-
Conclusies 2
• MSMC is in dit project succesvol toegepast op de BBMB:
• De fit op tellingen is beduidend beter dan die o.b.v. de methode uit BBMB2018
• Alle filelocaties worden gerealiseerd
• Verschillen in waargenomen trajectvertragingen zakken tijdens MSMC kalibratie van gemiddeld 25% naar
12%, terwijl deze in de vigerende BBMB kalibratie toenemen met 395% (omdat ze niet meegenomen
kunnen worden).
• De afwijking t.o.v. de apriori HB matrix is ca 23% lager dan die o.b.v. de methode uit BBMB2018
• De rekentijd voor kalibratie inclusief trajectvertragingen is ca 11% lager dan die van de huidige methode
• De rekentijd voor kalibratie exclusief trajectvertragingen is ca 40% lager dan die van de huidige methode
• Bij doorontwikkeling naar definitieve implementatie zullen rekentijden nog fors dalen
donderdag 9 februari 2023
Matrixkalibratie met STAQ 31
32
Challenge the future
Semi dynamic STAQ application on the province-
wide model of Noord-Brabant
By Luuk Brederode – 2022-02-03
Semi-dynamic
Unrestrained Capacity
Restrained
Capacity
Constrained
Capacity & Storage
Constrained
Static
Dynamic
‘All-Or-Nothing’
(Dijkstra, 1959)
‘Macroscopic Dynamic’
(CTM, Daganzo (1994);
LTM, Yperman (2007))
‘Static Equillibrium’
(Beckmann et al, 1956)
‘SDTAQ’
(Brederode et al, 2023 (?))
33
Challenge the future
Derivation of hourly OD matrices
• Split up 24hour odmatrices into 24 * 1 hour matrix using hourfractions per
purpose from survey data:
33
34
Challenge the future
Prototypical implementation of semi-dynamic STAQ
34
Run static capacity
constrained equilibrium
TA model
(Brederode et al. 2019)
Equilibrium link flow
acceptance factors (𝛂𝑘)
Equilibrium link inflows 𝐮𝑘
Cumulative in- and
outflow (𝐔1..𝑘, 𝐕1..𝑘)
Residual traffic transfer
Total travel demand
(𝐃𝑘+1 + 𝐐𝑘) and RouteSet
(𝐏𝑘+1) next period
Travel demand departing
in next period (𝑫𝒌+𝟏)
Semi dynamic delay and
collective loss calculation
Update cumulative in- /
outflowcurves
Equilibrium Route
choice probabilities (𝛑𝑘)
RouteSet (P)
𝑘: = 𝑘 + 1
Delays and collective
loss for each (departure)
time (𝛕1..𝑘; 𝐑1..k)
Transfer residual traffic from
vertical queues into the next hour
• Put residual traffic on closest
upstream node
• If required, add shortest paths
between node and (relevant)
destinations
For each hour
Run STAQ to
equillibrium
35
Challenge the future
Legend:
Bandwidths: flows [pcu/h]
Colour: speed relative to speed limit [%]
Pie charts: Size of vertical queues
80% 100%
0%
36
Challenge the future
37
Challenge the future
38
Challenge the future
39
Challenge the future
40
Challenge the future
41
Challenge the future
42
Challenge the future
43
Challenge the future
44
Challenge the future
45
Challenge the future
46
Challenge the future
47
Challenge the future
48
Challenge the future
49
Challenge the future
50
Challenge the future
51
Challenge the future
52
Challenge the future
53
Challenge the future
Comparison of collective losses
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
7:00
8:00
9:00
10:00
11:00
12:00
13:00
14:00
15:00
16:00
17:00
18:00
19:00
Collective
loss
[veh*h]
Simulation time
Static TA model
Network operator's perspective
Traveller's perspective
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
7:00
8:00
9:00
10:00
11:00
12:00
13:00
14:00
15:00
16:00
17:00
18:00
19:00
Collective
loss
[veh*h]
Simulation time
Semi dynamic TA model
Network operator's perspective
Traveller's perspective
Static TA model Semi-dynamic TA model Difference
Period collective loss Period collective loss absolute relative
AM peak 07:00 - 10:00 42554 07:00 - 11:00 74774 32220 76%
PM peak 16:00 - 19:00 35156 16:00 - 19:00 44560 9404 27%
24h period 00:00 - 24:00 77710 00:00 - 24:00 119334 41624 54%
54
Challenge the future
SDTAQ – comparison with STAQ on BBMB
Conclusions on accuracy:
• the relaxation of the empty network assumption by the semi-dynamic TA model yields more
demand and hence more collective loss in time periods starting with residual traffic from a previous
time period.
• On the BBMB, this yields up to 76% more collective losses during the peak periods and also
extension of especially the AM peak period.
• Considering the entire 24h period, the semi-dynamic TA model yields 54% more collective loss.
• These substantial differences indicate that using a static TA model (i.e.: assuming an empty network
at the start of each assignment) severely under-estimates delays on congested networks. It is
therefore very likely that the empty network assumption in static TA models influences (policy)
decisions based upon queue size and delay related model outcomes on congested networks.
55
Challenge the future
Comparison of calculation times and convergence
[CELLRANGE]
[CELLRANGE]
[CELLRANGE]
[CELLRANGE]
[CELLRANGE]
[CELLRANGE]
[CELLRANGE]
[CELLRANGE]
[CELLRANGE]
[CELLRANGE]
[CELLRANGE]
[CELLRANGE]
[CELLRANGE]
[CELLRANGE]
[CELLRANGE]
[CELLRANGE]
[CELLRANGE]
[CELLRANGE]
[CELLRANGE]
[CELLRANGE]
[CELLRANGE]
[CELLRANGE]
[CELLRANGE]
[CELLRANGE]
[CELLRANGE]
[CELLRANGE]
[CELLRANGE]
[CELLRANGE]
00:00
00:30
01:00
01:30
02:00
02:30
03:00
03:30
6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00
Calculation
time
[hh:mm]
Simulation timeperiod
Grafiektitel
Semi Dynamic (assignment) Semi Dynamic (traffic transfer) Static
Static Semi-dynamic Difference
Assignment Assignment Traffic transfer Total
Average 6h-20h 01:14 01:21 00:31 01:53 51%
Total 6h-20h 17:27 19:06 07:19 26:26 51%
Total 24h 28:33 30:13 07:29 37:43 32%
Numbers above bars represent
#iterations required to reach
DG < 1E-04
Calculation times in [hh:mm]
on an AMD Ryzen 9 3900X
@3.79 Ghz and 128GB of RAM
56
Challenge the future
SDTAQ – comparison with STAQ on BBMB
Conclusions on calculation times and convergence:
• Calculation times per time period in the static TA model vary between 1:08h and 1:30h with required number of
iterations between 8 and 11 iterations
• Maximum calculation times for the semi-dynamic TA model are 1:44h (+16%) and 13 iterations (+18%).
• On top of that, the transfer of residual traffic requires an additional 5 minutes up to 1:30h (up to +50%
compared to the static TA model).
• in time periods with queues, the semi-dynamic TA model requires on average 51% more calculation time,
predominantly due to calculation time spent by the traffic transfer module
• Note that the TA model implementation is optimized C++ code, whereas the residual traffic transfer module is a
prototypical implementation in Ruby using file-based data exchange with the assignment model.
• Given its low computational complexity, additional calculation time for the residual traffic transfer module
should drop to less than 10% when its code would be merged with the TA model codebase
-
Vragen? Meer info? Contact?
titel presentatie
Presentatie voor Rijkswaterstaat - WVL
2023-01-11
slideshare.net/LuukBrederode
researchgate.net/profile/Luuk-Brederode
lbrederode@dat.nl / +31 (0) 6 27 36 98
30

Contenu connexe

Plus de Luuk Brederode

PhD summary of Luuk Brederode, presented at 2023-10-17 to Veitch Lister Consu...
PhD summary of Luuk Brederode, presented at 2023-10-17 to Veitch Lister Consu...PhD summary of Luuk Brederode, presented at 2023-10-17 to Veitch Lister Consu...
PhD summary of Luuk Brederode, presented at 2023-10-17 to Veitch Lister Consu...Luuk Brederode
 
Strategische micromodellen zonder statistische ruis - het kan
Strategische micromodellen zonder statistische ruis - het kanStrategische micromodellen zonder statistische ruis - het kan
Strategische micromodellen zonder statistische ruis - het kanLuuk Brederode
 
Vergelijking reistijden en flows toedelingen
Vergelijking reistijden en flows toedelingenVergelijking reistijden en flows toedelingen
Vergelijking reistijden en flows toedelingenLuuk Brederode
 
Vervoersvraagmodellering - transitie van macro- naar microscopisch
Vervoersvraagmodellering - transitie van macro- naar microscopischVervoersvraagmodellering - transitie van macro- naar microscopisch
Vervoersvraagmodellering - transitie van macro- naar microscopischLuuk Brederode
 
Improving convergence of static assignment models with strict capacity constr...
Improving convergence of static assignment models with strict capacity constr...Improving convergence of static assignment models with strict capacity constr...
Improving convergence of static assignment models with strict capacity constr...Luuk Brederode
 
Presentatie resultaten segmentatie zwaartekrachtmodellen V-MRDH op stedelijkh...
Presentatie resultaten segmentatie zwaartekrachtmodellen V-MRDH op stedelijkh...Presentatie resultaten segmentatie zwaartekrachtmodellen V-MRDH op stedelijkh...
Presentatie resultaten segmentatie zwaartekrachtmodellen V-MRDH op stedelijkh...Luuk Brederode
 
Eerste grootschalige toepassing van STAQ
Eerste grootschalige toepassing van STAQEerste grootschalige toepassing van STAQ
Eerste grootschalige toepassing van STAQLuuk Brederode
 
Strategic transport models and smart urban mobility
Strategic transport models and smart urban mobilityStrategic transport models and smart urban mobility
Strategic transport models and smart urban mobilityLuuk Brederode
 
Guest lecture at TU Delft: Travel demand models: from trip- to activity-based
Guest lecture at TU Delft: Travel demand models: from trip- to activity-basedGuest lecture at TU Delft: Travel demand models: from trip- to activity-based
Guest lecture at TU Delft: Travel demand models: from trip- to activity-basedLuuk Brederode
 
First large scale application of a static matrix estimation method on observe...
First large scale application of a static matrix estimation method on observe...First large scale application of a static matrix estimation method on observe...
First large scale application of a static matrix estimation method on observe...Luuk Brederode
 
20220201_semi dynamic STAQ application on BBMB.pptx
20220201_semi dynamic STAQ application on BBMB.pptx20220201_semi dynamic STAQ application on BBMB.pptx
20220201_semi dynamic STAQ application on BBMB.pptxLuuk Brederode
 
Platos2022 Strategische micromodellen zonder statistische ruis - het kan.pptx
Platos2022 Strategische micromodellen zonder statistische ruis - het kan.pptxPlatos2022 Strategische micromodellen zonder statistische ruis - het kan.pptx
Platos2022 Strategische micromodellen zonder statistische ruis - het kan.pptxLuuk Brederode
 
Lunchlezing landelijke keuzemodellen voor Octavius
Lunchlezing landelijke keuzemodellen voor OctaviusLunchlezing landelijke keuzemodellen voor Octavius
Lunchlezing landelijke keuzemodellen voor OctaviusLuuk Brederode
 
STAQ based Matrix estimation - initial concept (presented at hEART conference...
STAQ based Matrix estimation - initial concept (presented at hEART conference...STAQ based Matrix estimation - initial concept (presented at hEART conference...
STAQ based Matrix estimation - initial concept (presented at hEART conference...Luuk Brederode
 
Big data fusion and parametrization for strategic transport models
Big data fusion and parametrization for strategic transport modelsBig data fusion and parametrization for strategic transport models
Big data fusion and parametrization for strategic transport modelsLuuk Brederode
 
Development of a microscopic tour based demand model without statistical noise
Development of a microscopic tour based demand model without statistical noiseDevelopment of a microscopic tour based demand model without statistical noise
Development of a microscopic tour based demand model without statistical noiseLuuk Brederode
 
Traffic assignment of motorized private transport in OmniTRANS transport plan...
Traffic assignment of motorized private transport in OmniTRANS transport plan...Traffic assignment of motorized private transport in OmniTRANS transport plan...
Traffic assignment of motorized private transport in OmniTRANS transport plan...Luuk Brederode
 
Travel demand matrix estimation methods integrating the full richness of obse...
Travel demand matrix estimation methods integrating the full richness of obse...Travel demand matrix estimation methods integrating the full richness of obse...
Travel demand matrix estimation methods integrating the full richness of obse...Luuk Brederode
 
Improving travel time estimates for car in the Dutch NRM-west strategic trans...
Improving travel time estimates for car in the Dutch NRM-west strategic trans...Improving travel time estimates for car in the Dutch NRM-west strategic trans...
Improving travel time estimates for car in the Dutch NRM-west strategic trans...Luuk Brederode
 
Quasi dynamic traffic assignment on the large scale congested network of Noor...
Quasi dynamic traffic assignment on the large scale congested network of Noor...Quasi dynamic traffic assignment on the large scale congested network of Noor...
Quasi dynamic traffic assignment on the large scale congested network of Noor...Luuk Brederode
 

Plus de Luuk Brederode (20)

PhD summary of Luuk Brederode, presented at 2023-10-17 to Veitch Lister Consu...
PhD summary of Luuk Brederode, presented at 2023-10-17 to Veitch Lister Consu...PhD summary of Luuk Brederode, presented at 2023-10-17 to Veitch Lister Consu...
PhD summary of Luuk Brederode, presented at 2023-10-17 to Veitch Lister Consu...
 
Strategische micromodellen zonder statistische ruis - het kan
Strategische micromodellen zonder statistische ruis - het kanStrategische micromodellen zonder statistische ruis - het kan
Strategische micromodellen zonder statistische ruis - het kan
 
Vergelijking reistijden en flows toedelingen
Vergelijking reistijden en flows toedelingenVergelijking reistijden en flows toedelingen
Vergelijking reistijden en flows toedelingen
 
Vervoersvraagmodellering - transitie van macro- naar microscopisch
Vervoersvraagmodellering - transitie van macro- naar microscopischVervoersvraagmodellering - transitie van macro- naar microscopisch
Vervoersvraagmodellering - transitie van macro- naar microscopisch
 
Improving convergence of static assignment models with strict capacity constr...
Improving convergence of static assignment models with strict capacity constr...Improving convergence of static assignment models with strict capacity constr...
Improving convergence of static assignment models with strict capacity constr...
 
Presentatie resultaten segmentatie zwaartekrachtmodellen V-MRDH op stedelijkh...
Presentatie resultaten segmentatie zwaartekrachtmodellen V-MRDH op stedelijkh...Presentatie resultaten segmentatie zwaartekrachtmodellen V-MRDH op stedelijkh...
Presentatie resultaten segmentatie zwaartekrachtmodellen V-MRDH op stedelijkh...
 
Eerste grootschalige toepassing van STAQ
Eerste grootschalige toepassing van STAQEerste grootschalige toepassing van STAQ
Eerste grootschalige toepassing van STAQ
 
Strategic transport models and smart urban mobility
Strategic transport models and smart urban mobilityStrategic transport models and smart urban mobility
Strategic transport models and smart urban mobility
 
Guest lecture at TU Delft: Travel demand models: from trip- to activity-based
Guest lecture at TU Delft: Travel demand models: from trip- to activity-basedGuest lecture at TU Delft: Travel demand models: from trip- to activity-based
Guest lecture at TU Delft: Travel demand models: from trip- to activity-based
 
First large scale application of a static matrix estimation method on observe...
First large scale application of a static matrix estimation method on observe...First large scale application of a static matrix estimation method on observe...
First large scale application of a static matrix estimation method on observe...
 
20220201_semi dynamic STAQ application on BBMB.pptx
20220201_semi dynamic STAQ application on BBMB.pptx20220201_semi dynamic STAQ application on BBMB.pptx
20220201_semi dynamic STAQ application on BBMB.pptx
 
Platos2022 Strategische micromodellen zonder statistische ruis - het kan.pptx
Platos2022 Strategische micromodellen zonder statistische ruis - het kan.pptxPlatos2022 Strategische micromodellen zonder statistische ruis - het kan.pptx
Platos2022 Strategische micromodellen zonder statistische ruis - het kan.pptx
 
Lunchlezing landelijke keuzemodellen voor Octavius
Lunchlezing landelijke keuzemodellen voor OctaviusLunchlezing landelijke keuzemodellen voor Octavius
Lunchlezing landelijke keuzemodellen voor Octavius
 
STAQ based Matrix estimation - initial concept (presented at hEART conference...
STAQ based Matrix estimation - initial concept (presented at hEART conference...STAQ based Matrix estimation - initial concept (presented at hEART conference...
STAQ based Matrix estimation - initial concept (presented at hEART conference...
 
Big data fusion and parametrization for strategic transport models
Big data fusion and parametrization for strategic transport modelsBig data fusion and parametrization for strategic transport models
Big data fusion and parametrization for strategic transport models
 
Development of a microscopic tour based demand model without statistical noise
Development of a microscopic tour based demand model without statistical noiseDevelopment of a microscopic tour based demand model without statistical noise
Development of a microscopic tour based demand model without statistical noise
 
Traffic assignment of motorized private transport in OmniTRANS transport plan...
Traffic assignment of motorized private transport in OmniTRANS transport plan...Traffic assignment of motorized private transport in OmniTRANS transport plan...
Traffic assignment of motorized private transport in OmniTRANS transport plan...
 
Travel demand matrix estimation methods integrating the full richness of obse...
Travel demand matrix estimation methods integrating the full richness of obse...Travel demand matrix estimation methods integrating the full richness of obse...
Travel demand matrix estimation methods integrating the full richness of obse...
 
Improving travel time estimates for car in the Dutch NRM-west strategic trans...
Improving travel time estimates for car in the Dutch NRM-west strategic trans...Improving travel time estimates for car in the Dutch NRM-west strategic trans...
Improving travel time estimates for car in the Dutch NRM-west strategic trans...
 
Quasi dynamic traffic assignment on the large scale congested network of Noor...
Quasi dynamic traffic assignment on the large scale congested network of Noor...Quasi dynamic traffic assignment on the large scale congested network of Noor...
Quasi dynamic traffic assignment on the large scale congested network of Noor...
 

Incorporating congestion phenomena into large scale strategic transport model systems

  • 1. - Incorporating congestion phenomena into large scale strategic transport model systems Samenvatting PhD onderzoek van Luuk Brederode 2013-2023 titel presentatie 1 Presentatie voor Rijkswaterstaat - WVL 2023-01-11
  • 2. - Inhoud • Relevantie van dit onderzoek en introductie tot STAQ • Positionering van STAQ en SDTAQ ten opzichte van andere toedelingsmodellen • Matrixkalibratie met STAQ • SDTAQ - Semi dynamische versie van STAQ donderdag 9 februari 2023 titel presentatie 2
  • 3. - Is dit onderzoek relevant? resultaten uit een enquête onder 62 consultants en onderzoekers in ons veld Wie waren de respondenten? • Eerste ‘wave’: • 35 Goudappel collega’s in maart 2022 • Tweede ‘wave’: • 27 deelnemers in mijn sessie op het PLATOS colloquium in maart 2022 • In totaal: 62 respondenten die elk 2 vragen hebben beantwoord donderdag 9 februari 2023 Multi Source Matrix Calibration – first large scale application 3
  • 4. - Q1: Wat is de beste maat voor file-omvang als je een strategische studie doet? donderdag 9 februari 2023 Multi Source Matrix Calibration – first large scale application 4 1. File lengtes 1.6% 2. Reistijdvertragingen of voertuigverliesuren 56.5% 3. File duur 0% 4. Filezwaarte (=lengte*duur) 41.9%
  • 5. - Q2: Hoe beoordelen we of een strategisch verkeersmodel files goed beschrijft? Door te vergelijken met: donderdag 9 februari 2023 Multi Source Matrix Calibration – first large scale application 5 1. Waargenomen filelengten 21.3% 2. Waargenomen reistijdvertragingen of voertuigverliesuren 13.1% 3. Waargenomen fileduur 0% 4. Waargenomen filezwaarte (=lengte * duur) 14.8% 5. ‘Waargenomen’ i/c verhoudingen of wensvraag 50.8%
  • 6. Waarom beoordelen we vooral op I/C verhoudingen ipv reistijdvertragingen? donderdag 9 februari 2023 Matrixkalibratie met STAQ 6 Waarnemingen Intensiteit [vtg/u/strook] Toedelingsmodel Snelheid [km/u] Intensiteit [vtg/u/strook] Snelheid [km/u]
  • 7. Waarom beoordelen we vooral op I/C verhoudingen ipv reistijdvertragingen? donderdag 9 februari 2023 Matrixkalibratie met STAQ 7 Waarnemingen Intensiteit [vtg/u/strook] Toedelingsmodel Snelheid [km/u] Omdat een statisch capacity restrained model wegvakken met congestie niet kan beschrijven zijn gemodelleerde snelheden op/boven capaciteit niet als vertragingen interpreteerbaar. Intensiteit [vtg/u/strook] Snelheid [km/u]
  • 8. Waarom kunnen we met STAQ wel beoordelen op reistijdvertragingen? donderdag 9 februari 2023 Matrixkalibratie met STAQ 8 Waarnemingen Intensiteit [vtg/u/strook] Toedelingsmodel Snelheid [km/u] Intensiteit [vtg/u/strook] Snelheid [km/u] STAQ is wél in staat om wegvakken met congestie te beschrijven. We kunnen dus ook echte reistijdvertragingen uitrekenen.
  • 9. Dat uit zich ook in congestiepatronen: Case study Rijstroken toegevoegd Kruispuntcapaciteit uitgebreid Uit: Brederode et al (2019) donderdag 9 februari 2023 Matrixkalibratie met STAQ 9
  • 10. Toedeelresultaten referentie situatie Legenda: Bandbreedten: intensiteiten (vtg/h ochtendspits) Kleuren: snelheid (als percentage van vrije snelheid) Bollen: Omvang verticale wachtrijen (VVU’s) Toedeelresultaten capacity restrained Toedeelresultaten STAQ 80% 100% 0% 308 Uit: Brederode et al (2019) donderdag 9 februari 2023 Matrixkalibratie met STAQ
  • 11. Toedeelresultaten scenario met maatregelen 1. Bottleneck op afrit verdwijnt 2. Bottleneck op snelweg verdwijnt 3. Meer verkeer via Berlicumseweg 4. Intensivering van bottlenecks en spillback stroomafwaarts 5. Minder vertraging op ring Den Bosch 6. Meer instroom vanuit ring Den Bosch, activatie van nieuwe bottleneck op knooppunt 1 2 4 4 3 5 6 3 4 1 2 Toedeelresultaten capacity restrained Toedeelresultaten STAQ Legenda: Bandbreedten: intensiteiten (vtg/h ochtendspits) Kleuren: snelheid (als percentage van vrije snelheid) Bollen: Omvang verticale wachtrijen (VVU’s) 80% 100% 0% 308 Uit: Brederode et al (2019) donderdag 9 februari 2023 Matrixkalibratie met STAQ 11
  • 12.
  • 13. Framework (focusing on network loading model) pagina 13 Static Semi-dynamic Dynamic Unrestrained Capacity Restrained Capacity Constrained Capacity & Storage Constrained Simplified from: Bliemer, M.C.J., Raadsen, M.P.H., Brederode, L.J.N., Bell, M.G.H., Wismans, L.J.J., Smith, M.J., 2017. Genetics of traffic assignment models for strategic transport planning. Transp. Rev. 37, 56–78. Spatial interaction assumptions Temporal interaction assumptions -least ‘capable’ model -best scalable / fastest model -nicest mathematical properties -most ‘capable’ model -least scalable / slowest model -worst mathematical properties
  • 14. Spatial interaction assumptions pagina 14 Adopted from: Brederode, L., Pel, A.J., Wismans, L., de Romph, E., Hoogendoorn, S.P., 2019. Static Traffic Assignment with Queuing: model properties and applications. Transportmetrica A: Transport Science 15, 179–214. https://doi.org/10.1080/23249935.2018.1453561 Capacity Restrained Capacity Constrained Capacity & Storage Constrained Link model Node model None Existent Existent
  • 15. Temporal interaction assumptions pagina 15 Adopted from: Bliemer, M.C.J., Raadsen, M.P.H., Brederode, L.J.N., Bell, M.G.H., Wismans, L.J.J., Smith, M.J., 2017. Genetics of traffic assignment models for strategic transport planning. Transp. Rev. 37, 56–78. Modelled Demand ‘True’ Demand
  • 16. Framework and most used models in practice pagina 16 Semi-dynamic Unrestrained Capacity Restrained Capacity Constrained Capacity & Storage Constrained Simplified from: Bliemer, M.C.J., Raadsen, M.P.H., Brederode, L.J.N., Bell, M.G.H., Wismans, L.J.J., Smith, M.J., 2017. Genetics of traffic assignment models for strategic transport planning. Transp. Rev. 37, 56–78. Spatial interaction assumptions Temporal interaction assumptions Static Dynamic ‘All-Or-Nothing’ (Dijkstra, 1959) ‘Macroscopic Dynamic’ (CTM, Daganzo (1994); LTM, Yperman (2007)) ‘Static Equillibrium’ (Beckmann et al, 1956)
  • 17. Classification of traffic assignment models pagina 17 Semi-dynamic Unresponsive to congestion Route distribution due to congestion Vertical queues due to congestion Horizontal queues due to congestion Simplified from: Bliemer, M.C.J., Raadsen, M.P.H., Brederode, L.J.N., Bell, M.G.H., Wismans, L.J.J., Smith, M.J., 2017. Genetics of traffic assignment models for strategic transport planning. Transp. Rev. 37, 56–78. Spatial interaction assumptions Temporal interaction assumptions ‘All-Or-Nothing’ (Dijkstra, 1959) ‘Macroscopic Dynamic’ (CTM, Daganzo (1994); LTM, Yperman (2007)) ‘Static Equillibrium’ (Beckmann et al, 1956) Static Dynamic ‘STAQ squeezing’ (Brederode et al, 2019) ‘STAQ queuing’ (Brederode et al, 2019); Bliemer and Raadsen 2020 ‘SDTAQ squeezing’ (Brederode et al, 2023(?)) ‘SDTAQ queuing’ (Brederode et al, 2023(?)) These models do not converge to user equillibrium with known algorithms (and/or user equillibrium does not exist – Dafermos 1980)
  • 18. Multi Source Matrix Calibration Grootschalige toepassing op het provinciale verkeersmodel van de provincie Noord-Brabant Ontwikkeltraject uitgevoerd door DAT.Mobility in opdracht van de donderdag 9 februari 2023 Matrixkalibratie met STAQ 18
  • 19. Aanleiding en projectdoel • In de Brabant Brede Model Aanpak (BBMA) wordt STAQ in plaats van een capacity restrained toedelingsmethode gebruikt. • Dit zorgt voor een accuratere beschrijving van effecten van congestie. • Het biedt tevens kansen om op tellingen beïnvloed door congestie te kalibreren (geen wensvraag nodig) en om ook te kalibreren op filelocaties en reistijden • Bij aanvang van dit project was een prototype implementatie van deze nieuwe matrixkalibratie methodiek (MSMC) beschikbaar en beschreven in een wetenschappelijk paper*. • De scope van dit project is om de praktische meerwaarde van deze methode te onderzoeken door de vigerende kalibratie (die OtMatrixEstimation en STAQ is uitgevoerd) te herhalen met MSMC en STAQ. donderdag 9 februari 2023 Matrixkalibratie met STAQ 19 *Brederode, L., Pel, A.J., Wismans, L., Rijksen, B., Hoogendoorn, S.P., 2023. Travel demand matrix estimation for strategic road traffic assignment models with strict capacity constraints and residual queues. Transportation Research Part B: Methodological 167, 1–31. https://doi.org/10.1016/j.trb.2022.11.006
  • 20. - Legenda: Bandbreedten: intensiteiten (pae/h ochtendspits) Kleuren: snelheid (als percentage van vrije snelheid) Bollen: Omvang verticale wachtrijen (VVU’s) 80% 100% 0% Dataverzameling – apriori toedeling donderdag 9 februari 2023 Matrixkalibratie met STAQ 20 BBMB 2 uurs PAE toedeling van apriori matrix NB: toedeling heeft plaats gevonden op alle wegvakken, alleen voor de leesbaarheid zijn de own wegvakken weggelaten in dit plaatje 1.580.764 3.920.406 OD-pairs>0 Routes 145.269 Links 103.045 17.632 Nodes Junctions
  • 21. - Dataverzameling – convergentie apriori toedeling donderdag 9 februari 2023 Matrixkalibratie met STAQ 21 PAE 2u toedeling convergeert in 1:41 uur (13 iteraties) tot DG < 5E-04 Om bruikbare resultaten te leveren moet een strategische toedeling het gebruikersevenwicht bereiken. Dit is bereikt wanneer de ‘duality gap’ (DG) waarde kleiner dan 5E-04 is.
  • 22. Dataverzameling – waargenomen intensiteiten • Telset overgenomen van BBMB 2018 (456 pae-tellingen) • Tellocaties met <5% ongehinderd* verkeer of <5% ongehinderde routes (in de apriori toedeling) verwijderd uit telset omdat deze (bijna) alleen netwerk informatie bevatten (deze data zou voor netwerk-kalibratie gebruikt moeten worden, niet voor vervoersvraagmatrixkalibratie) donderdag 9 februari 2023 Matrixkalibratie met STAQ 22 Aantal % van tellocaties Tellocaties met <5% ongehinderd verkeer 21 5% Tellocaties met <5% ongehinderde routes 14 3% Tellocaties met 1 van beide onder 5% 21 5% *verkeer is gehinderd wanneer het in de a-priori toedeling een actieve bottleneck gepasseerd is
  • 23. - Methodiek op hoofdlijnen (algoritme) donderdag 9 februari 2023 Matrixkalibratie met STAQ 23 -Voor details en een boel wiskunde zie: Brederode, L., Pel, A.J., Wismans, L., Rijksen, B., Hoogendoorn, S.P., 2023. Travel demand matrix estimation for strategic road traffic assignment models with strict capacity constraints and residual queues. Transportation Research Part B: Methodological 167, 1–31. https://doi.org/10.1016/j.trb.2022.11.006 -Ga ik nu verder niet bespreken
  • 24. - Een solver die grootschalige sparse quadratische optimalisatieproblemen met non negativity- en lineaire bottleneck constraints kan oplossen Een statisch capacity constrained toedelingsmodel Upper level: Minimaliseer verschillen tussen gemodelleerde en waargenomen intensiteiten en reistijden en geschatte en apriori HB matrix; met kiemlocaties als randvoorwaarde; Gebruik makend van HB paren per telling die nog niet gereduceerd zijn HBmatrices Lower level: Bepaal relaties tussen huidige HB-matrices en wegvakintensiteiten RouteFracties, Bottleneck Reductiefactors + gevoeligheden Waargenomen wegvak-intensiteiten Waargenomen reistijden Waargenomen kiemlocaties Diagram op basis van: Brederode en Verlinden (2019) Apriori HB matrix Methodie op hoofdlijnen (implementatie) 24
  • 25. - Resultaten – overzichtsdashboard donderdag 9 februari 2023 Matrixkalibratie met STAQ 25 Gemiddelde afwijking per tellocatie neemt in 5 iteraties af naar 7% Gemiddelde afwijking per reistijdtraject daalt van 25 naar 12% Gemiddelde kalibratie effect per HB paar bedraagt 0.20% Tekort (overschot) aan verkeer op (niet)file locaties benaderd 0 Verloop van doelfunctie waarde (samenvattende maat die het algoritme probeert te minimaliseren) NB: stippellijnen en cursieve cijfers in de grafieken representeren afwijkingen van de vigerende BBMB kalibratie 322 90 0 NB, het max aantal iteraties is (arbitrair) op 5 gesteld 0.13
  • 26. - Resultaten - intensiteiten donderdag 9 februari 2023 Matrixkalibratie met STAQ 26
  • 27. - Resultaten - congestiepatronen donderdag 9 februari 2023 Matrixkalibratie met STAQ 27 Rang waargenomen FileZwaarte Koplocatie in BBMB 2018? In pae-toedeling BBMB 2018? in MSMC zonder reistijden? in MSMC? 1 A27 noord (Gorinchem) ( 303_a27_hm28.5 ) 2 A2 noord (Maarheeze) ( 306_a2_hm175.6 ) 3 A58 oost (Eindhoven) ( 302_a58_hm25.0 ) 4 A2 noord (eindhoven) ( 306_a2_hm175.6 ) 5 A16 noord (Dordrecht) ( 410_301_a16_hm44.0 ) 6 A2 noord (Utrecht) ( 308_a2_hm109.7 ) 7 A67 west (Eindhoven) ( 309_a67_hm27.3 ) 8 A58 oost (Tilburg) ( vild093_a58 ) 9 A2 zuid (Den Bosch) ( 618_a2_hm96.7 ) 10 A67 west (Eindhoven) ( 311_a67_hm32.5 ) 11 A58 oost (Eindhoven) ( 307_a58_hm18.5 ) 12 A58 oost (Tilburg-centrum) ( 319_a58_hm44.2 ) 13 A50 zuid (Oss) ( vild161_a50 ) 14 A59 west (Den Bosch) ( vild820_a59 ) 15 A59 noord (Nijmegen) ( vild505_a59 ) 16 A50 west (Veghel) ( vild418_a50 ) Niet hier, maar grote kiemen binnen kp Hooipolder Kiem die in sommige iteraties (met verschil van 1 voertuig) verdwijnt
  • 28. - Resultaten - trajectvertragingen donderdag 9 februari 2023 Matrixkalibratie met STAQ 28 • Op alle trajecten scoort MSMC beter dan synthetisch • Afwijkingen dalen van gemiddeld 25% naar gemiddeld 12% per traject • In absolute zin dalen afwijkingen van: • tussen 25 sec en 5 minuten; naar • tussen 12 sec en 2 minuten • Detail-analyses wijzen uit dat inconsistenties in brondata een betere fit voorkomen • NB: deze analyse bevat alleen trajecten waar (volgens google reistijden) vertraging door wachtrijvorming plaats vindt
  • 29. - Resultaten - rekentijden donderdag 9 februari 2023 Matrixkalibratie met STAQ 29 • MSMC heeft alle vijf iteraties nodig om de genoemde fit op reistijden te bereiken. MSMC is daarmee ca 11% sneller dan de huidige methode. • MSMC heeft slechts drie iteraties nodig om een betere fit op tellingen te bereiken dan die van de huidige methode. Wanneer de fit op trajectvertragingen niet beschouwd zou worden is MSMC ca 40% sneller dan de huidige methode • Er zijn een drietal aandachtspunten bij deze vergelijking: • BBMB genereert elke iteratie nieuwe routes, MSMC doet dat niet. Hierdoor is MSMC in het voordeel. • BBMB deelt personenauto en vracht apart toe, MSMC deelt pae’s toe. Hierdoor is MSMC in het voordeel. • BBMB doet 1 uurs toedeling; MSMC 2 uurs. Hierdoor is BBMB in het voordeel aantal STAQ iteraties rekentijd STAQ + routesets type SMC rekentijd SMC totale rekentijd aantal STAQ iteraties rekentijd STAQ+lower level rekentijd upper level totale rekentijd 10 04:10:00 kiem 00:09:06 04:19:06 12 02:56:36 01:10:40 04:07:16 10 03:37:58 tellingen 01:56:36 05:34:34 15 02:57:30 00:59:20 03:56:50 10 03:38:44 kiem 00:09:27 03:48:11 14 02:47:04 00:45:44 03:32:48 10 03:39:53 tellingen 02:00:22 05:40:15 13 02:38:49 00:20:28 02:59:17 13 02:39:51 00:00:00 02:39:51 40 15:06:35 04:15:31 19:22:06 67 13:59:50 03:16:12 17:16:02 MSMC 5mln routes 2 uur BBMB2018 kalibratie 5mln routes 1 uur
  • 30. - Conclusies 1 • MSMC maakt gebruik van aanvullende informatie over bottlenecks uit de STAQ toedeling • Daardoor kan: • MSMC direct op tellingen beïnvloed door congestie kalibreren (geen wensvraag nodig); • MSMC ook op waargenomen filelocaties en trajectvertragingen kalibreren. • MSMC houdt ook rekening met de effecten van kruispuntmodellering (niet eerder benoemd) • De methodiek achter MSMC kan ook op meerdere klassen weggebruikers kalibreren, maar dat is nog niet geïmplementeerd donderdag 9 februari 2023 Matrixkalibratie met STAQ 30
  • 31. - Conclusies 2 • MSMC is in dit project succesvol toegepast op de BBMB: • De fit op tellingen is beduidend beter dan die o.b.v. de methode uit BBMB2018 • Alle filelocaties worden gerealiseerd • Verschillen in waargenomen trajectvertragingen zakken tijdens MSMC kalibratie van gemiddeld 25% naar 12%, terwijl deze in de vigerende BBMB kalibratie toenemen met 395% (omdat ze niet meegenomen kunnen worden). • De afwijking t.o.v. de apriori HB matrix is ca 23% lager dan die o.b.v. de methode uit BBMB2018 • De rekentijd voor kalibratie inclusief trajectvertragingen is ca 11% lager dan die van de huidige methode • De rekentijd voor kalibratie exclusief trajectvertragingen is ca 40% lager dan die van de huidige methode • Bij doorontwikkeling naar definitieve implementatie zullen rekentijden nog fors dalen donderdag 9 februari 2023 Matrixkalibratie met STAQ 31
  • 32. 32 Challenge the future Semi dynamic STAQ application on the province- wide model of Noord-Brabant By Luuk Brederode – 2022-02-03 Semi-dynamic Unrestrained Capacity Restrained Capacity Constrained Capacity & Storage Constrained Static Dynamic ‘All-Or-Nothing’ (Dijkstra, 1959) ‘Macroscopic Dynamic’ (CTM, Daganzo (1994); LTM, Yperman (2007)) ‘Static Equillibrium’ (Beckmann et al, 1956) ‘SDTAQ’ (Brederode et al, 2023 (?))
  • 33. 33 Challenge the future Derivation of hourly OD matrices • Split up 24hour odmatrices into 24 * 1 hour matrix using hourfractions per purpose from survey data: 33
  • 34. 34 Challenge the future Prototypical implementation of semi-dynamic STAQ 34 Run static capacity constrained equilibrium TA model (Brederode et al. 2019) Equilibrium link flow acceptance factors (𝛂𝑘) Equilibrium link inflows 𝐮𝑘 Cumulative in- and outflow (𝐔1..𝑘, 𝐕1..𝑘) Residual traffic transfer Total travel demand (𝐃𝑘+1 + 𝐐𝑘) and RouteSet (𝐏𝑘+1) next period Travel demand departing in next period (𝑫𝒌+𝟏) Semi dynamic delay and collective loss calculation Update cumulative in- / outflowcurves Equilibrium Route choice probabilities (𝛑𝑘) RouteSet (P) 𝑘: = 𝑘 + 1 Delays and collective loss for each (departure) time (𝛕1..𝑘; 𝐑1..k) Transfer residual traffic from vertical queues into the next hour • Put residual traffic on closest upstream node • If required, add shortest paths between node and (relevant) destinations For each hour Run STAQ to equillibrium
  • 35. 35 Challenge the future Legend: Bandwidths: flows [pcu/h] Colour: speed relative to speed limit [%] Pie charts: Size of vertical queues 80% 100% 0%
  • 53. 53 Challenge the future Comparison of collective losses 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 Collective loss [veh*h] Simulation time Static TA model Network operator's perspective Traveller's perspective 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 Collective loss [veh*h] Simulation time Semi dynamic TA model Network operator's perspective Traveller's perspective Static TA model Semi-dynamic TA model Difference Period collective loss Period collective loss absolute relative AM peak 07:00 - 10:00 42554 07:00 - 11:00 74774 32220 76% PM peak 16:00 - 19:00 35156 16:00 - 19:00 44560 9404 27% 24h period 00:00 - 24:00 77710 00:00 - 24:00 119334 41624 54%
  • 54. 54 Challenge the future SDTAQ – comparison with STAQ on BBMB Conclusions on accuracy: • the relaxation of the empty network assumption by the semi-dynamic TA model yields more demand and hence more collective loss in time periods starting with residual traffic from a previous time period. • On the BBMB, this yields up to 76% more collective losses during the peak periods and also extension of especially the AM peak period. • Considering the entire 24h period, the semi-dynamic TA model yields 54% more collective loss. • These substantial differences indicate that using a static TA model (i.e.: assuming an empty network at the start of each assignment) severely under-estimates delays on congested networks. It is therefore very likely that the empty network assumption in static TA models influences (policy) decisions based upon queue size and delay related model outcomes on congested networks.
  • 55. 55 Challenge the future Comparison of calculation times and convergence [CELLRANGE] [CELLRANGE] [CELLRANGE] [CELLRANGE] [CELLRANGE] [CELLRANGE] [CELLRANGE] [CELLRANGE] [CELLRANGE] [CELLRANGE] [CELLRANGE] [CELLRANGE] [CELLRANGE] [CELLRANGE] [CELLRANGE] [CELLRANGE] [CELLRANGE] [CELLRANGE] [CELLRANGE] [CELLRANGE] [CELLRANGE] [CELLRANGE] [CELLRANGE] [CELLRANGE] [CELLRANGE] [CELLRANGE] [CELLRANGE] [CELLRANGE] 00:00 00:30 01:00 01:30 02:00 02:30 03:00 03:30 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 Calculation time [hh:mm] Simulation timeperiod Grafiektitel Semi Dynamic (assignment) Semi Dynamic (traffic transfer) Static Static Semi-dynamic Difference Assignment Assignment Traffic transfer Total Average 6h-20h 01:14 01:21 00:31 01:53 51% Total 6h-20h 17:27 19:06 07:19 26:26 51% Total 24h 28:33 30:13 07:29 37:43 32% Numbers above bars represent #iterations required to reach DG < 1E-04 Calculation times in [hh:mm] on an AMD Ryzen 9 3900X @3.79 Ghz and 128GB of RAM
  • 56. 56 Challenge the future SDTAQ – comparison with STAQ on BBMB Conclusions on calculation times and convergence: • Calculation times per time period in the static TA model vary between 1:08h and 1:30h with required number of iterations between 8 and 11 iterations • Maximum calculation times for the semi-dynamic TA model are 1:44h (+16%) and 13 iterations (+18%). • On top of that, the transfer of residual traffic requires an additional 5 minutes up to 1:30h (up to +50% compared to the static TA model). • in time periods with queues, the semi-dynamic TA model requires on average 51% more calculation time, predominantly due to calculation time spent by the traffic transfer module • Note that the TA model implementation is optimized C++ code, whereas the residual traffic transfer module is a prototypical implementation in Ruby using file-based data exchange with the assignment model. • Given its low computational complexity, additional calculation time for the residual traffic transfer module should drop to less than 10% when its code would be merged with the TA model codebase
  • 57. - Vragen? Meer info? Contact? titel presentatie Presentatie voor Rijkswaterstaat - WVL 2023-01-11 slideshare.net/LuukBrederode researchgate.net/profile/Luuk-Brederode lbrederode@dat.nl / +31 (0) 6 27 36 98 30

Notes de l'éditeur

  1. NB: over methodiek vertel ik vrijwel niets omdat dat vorig jaar al tijdens mijn Platos presentatie aan bod is gekomen: https://www.slideshare.net/LuukBrederode/20200311-platos2020-matrixkalibratie-op-intensiteiten-congestiepatronen-en-reistijden-fontsembedded