Modellen en de Praktijkproef Amsterdam: Een verstandshuwelijk… Jaap van Kooten (ARANE) en Serge Hoogendoorn (TU Delft)
Fase wegkant In the1:Field Operational Test “Praktijkproef Amsterdam” •TU Gecoordineerde toeritdosering A10W Delft is developing operational control methods •for Gecoordineerde VRI’s s102 coordinated control (planned in 2013) Coentunnel • Coordinatie A10W en s102
s102
A10W Fase 1: in-car • Verschillende proeven met FCD data Expecting verzameling, in-car a reduction in informatie routegeleiding Vehicle Lossen Hours of over 30% • Regulier en evenementenspoor
due to using recent insights in dynamics and control
De Praktijkproef bestaat uit de volgende fasen: • Fase 1: A10W + s102 + aansluitingen en in-car informatie (separaat) • Fase 2: PPA wegkant andere locaties, integratie in-car/wegkant (monitoring) • Fase 3: realisatie integratie in-car / wegkant (monitoring en control)
“Er zitten ernstige beperkingen aan het zelf-organiserend vermogen van verkeerssystemen”
Efficiente zelforganisatie
Capaciteitsval en filegolven
Terugslag files en grid-lock
Toenemende belasting netwerk
Afnemende productie van verkeersnetwerk
Einde aan de efficiente zelf-organisatie • Rustig verkeer organiseert zichzelf op efficiente wijze • Wordt het drukker, dan stagneert deze efficiente zelforganisatie • Fenomenen ontstaan die efficientie afwikkeling aanzienlijk doen afnemen
Oorzaken vormen basis voor hoordlijnen Verkeersmanagement Eenvoudige oplosrichting als onderlegger voor ontwerp regelaars
Capacteitsval
Terugslag wachtrijen
Onevenwichtige verdeling verkeer
Inefficient keuzegedrag reizigers
Doorstroming verhogen
Terugslag vermijden
Verkeer evenwichtig verdelen
Instroom netwerk beperken
Hoofdlijnen realiseren met wegkant en incar technologie • Vier hoofdrichtingen om efficientie te verhogen • Knelpunten aanpakken: blokkades voorkomen + doorstroming vehogen • Verkeer beter spreiden in ruimte en tijd
INCAR SPOOR PPA Rerouten en vraagbeinvloeding door in-car informatie, advisering en geleiding Dynamische Snelheden & Ontvlechten (fase 3) Gecoordineerde TDI’s en VRI regelingen
WEGKANTSPOOR PPA
Wachtrijen verdelen over corridors (VRI’s)
Intermezzo ‘ex-ante light’ Toepassing quickscan modellen voor het bepalen van meerwaarde PPA
Voor nadere uitwerking is meerwaarde PPA ingeschat door gebruik te maken van eenvoudige back-of-envelope berekeningen •
Tijdens POC gebruik gemaakt van RBV voor inschatting effecten PPA
•
Voor DSP is berekend wat uitstellen capaciteitsval betekent voor VVU’s (met wachtrijmodellen) + inschatting gemaakt van doseerduur voor verschillende scenario’s (e.g. lokaal, coordinatie aansluitingen, aansluitingen + s102) Coentunnel Hoe lang capval (12,6%) uitstellen? Winst VVU
•
Lokaal
Coordinatie aansl.
CA + coord. s102
8 min
40 min
60 min
-4%
-20%
-30%
Effecten voorkomen terugslag file door uitvoerige data analyse en eenvoudige rekenmodellen: afname VVU’s ~15%
Unique Selling Points van de Praktijkproef Amsterdam (wegkant) 1. Capaciteitsval moet zoveel mogelijk worden voorkomen of uitgesteld. Daarom is het zaak om anticiperend te regelen en de verkeersvraag naar de kiem te beïnvloeden, zodat de congestie (en daarmee de capaciteitsval) wordt voorkomen of op z’n minst uitgesteld.
2. Blokkades en terugslag congestie bij kruispunten en aansluitingen worden zoveel mogelijk voorkomen. Om dit te realiseren worden de verkeersregelingen aangepast en wordt de kracht van de regeling aangepast op de actuele verkeerssituatie (op basis van tactische uitgangspunten).
3. Een verkeersprobleem moet zoveel mogelijk opgelost worden op het niveau waar het probleem zich voordoet. Dit doen we door gelaagd te regelen en tijdig op te schalen en door de ruimte in het netwerk optimaal te benutten, gegeven de actuele verkeerssituatie.
Vertaling Unique Selling Points naar concrete regelaanpak Ontwerp PPA Wegkantspoor Monitoring & diagnose
Kiemenspeurder
Berginsindicator
Regelen
TDI’s
VRI’s
VRI’s
Supervisor A10W
Supervisor aansluitingen A10
Supervisor S102
Deelnetwerksupervisor
Gecoordineerde toeritdosering Geregeld deelnetwerk Monitoring & Diagnose
Fileschatter
Kiemenspeurder HWN Parameterschatter
Wachtrijschatter
Berginsindicator
Functioneringsniveau
Regeleenheden TDI apparaat
LRE (TDI algoritme)
LRE (VRI regeling)
LRE (VRI regeling)
Supervisor A10W
Supervisor Aansluiting
RTNR
Deelnetwerksupervisor
Supervisor S102
Gecoördineerde toeritdosering Gebruik andere toeritten om verkeer te bufferen Om zolang mogelijk te kunnen doseren, moet bufferruimte overal gelijkertijd opgebruikt worden
Kiem 2. Master TDI begint met doseren (stelt congestie uit of regelt congestie terug), maar bufferruimte is beperkt! 4. Doseerintensiteit Slaves wordt zo gekozen dat doseertijd Slaves = doseertijd Master (alle aansluitingen gelijk vol)
1. Supervisor T2 kiest op grond van kiemlocatie Master TDI ( ) 3. Supervisor wijst Slaves aan die meedoseren ( )
5. Slaves creëren ruimte op ASW waardoor Master langer kan doseren
Intermezzo ‘ontwerp regelaar’ Ontwikkeling en analyse regelaanpak met simpele modellen
•
Verschillende ontwerpen regelaar getest met eenvoudig netwerk en eenvoudig wachtrijmodel en macroscopisch model FastLane ivm rekentijd en analysemogelijkheden
•
Uiteindelijk ontwerp (doseerintensiteit Slaves zo kiezen dat doseerduur Master en Slaves identiek zijn + Master laten anticiperen op aankomende ‘gaten’) gekozen op grond van deze analyse
•
Eerste inzichten in effect instellingen parameters TDI regelaar en supervisor
Lokaal doseren (FastLane)
Gecoordineerd doseren (FastLane)
Intermezzo ‘testen prototype regelaar’ Doortesten regelconcept met microsimulatie •
Simpel netwerk ivm begrip resultaten (respectievelijk 2 en 3 toeritten)
•
Complicaties: koppeling “Supervisor aansluiting” met VRI’s in Vissim + te beperkte capaciteitsval Vissim!
•
Toets concept aan de hand van verlengen doseerduur, niet VVU’s
Lokaal doseren
Gecoordineerd doseren
Voorkomen of uitstellen capaciteitsval en blokkades • Gebruik beschikbare buffers op toerit en op de toeleidende wegvakken • Stem instroom vanuit SWN af op de uitstroom van de TDI
Gebruik bufferruimte gebaseerd op: • relatie met kiem (fractie in%) Kiem • het voorkomen van ongewenste blokkades op het SWN 80% 80% • tactische uitgangspunten (volgorde inzet en locatie wordt door beleid 70% 60% bepaald) 30% • eerlijke verdeling hinder door 60% gelijkmatige vulling van buffers • tijdig (niet te vroeg niet te laat) in kunnen grijpen bij verstoringen • drukte in het netwerk en de locatie van de kiemen Voorbeeld laat zien welke buffers gebruik kunnen worden om congestievorming uit te stellen
Voorkomen of uitstellen capaciteitsval en blokkades Geregelde aansluiting Monitoring Eenheden
Fileschatter
Wachtrijschatter
Functioneringsniveau
Regeleenheden en Supervisors TDI apparaat
LRE (VRI regeling)
LRE (VRI regeling)
LRE (TDI algoritme)
Supervisor Aansluiting
RTNR
Deelnetwerksupervisor
Supervisor S102
Berginsindicator
Intermezzo ‘Testen productieomgeving’ Technische en verkeerskundige test regelaar
Gebruik simulatieomgeving tijdens implementatiefase: • Simulatie wordt gebruikt als ‘realiteit’ voor implementatie in de praktijk • Exacte kopie productieomgeving incl. regelaars in simulatie omgeving • Toets technisch en verkeerskundig functioneren monitor- en regelcomponenten en interactie van deze componenten (ketentest)
Functionele architectuur Simulatie omgeving
TDI’s TDI’s
VRI’s VRI’s
VRI’s VRI’s Offline Analyse
RTNR
TDI comm.
VBS
ST1L
PPA GUI
ST1L
ST2
DNW
Configuratie service
Logging service
PPA BUS
Inwinning HWN
Fileschatter HWN
Kiemenspeurder HWN
Monica
MTM
Wachtrij Schatter
Parameter schatter TDI algoritme
Bergings indicator Functionerings niveau
Testopstelling van een “Aansluiting”
TDI’s TDI’s
VRI’s VRI’s
VRI’s VRI’s Offline Analyse
RTNR
TDI comm.
VBS
ST1L
PPA GUI
ST1L
ST2
DNW
Configuratie service
Logging service
PPA BUS
Inwinning HWN
Fileschatter HWN
Kiemenspeurder HWN
Monica
MTM
Wachtrij Schatter
Parameter schatter TDI algoritme
Bergings indicator Functionerings niveau
Intermezzo ‘Testen Productieomgeving’ Technische en verkeerskundige test regelaar
Met simulatiemodel toetsing van: •
Werking TDI’s: bepalen in- en uitschakeldrempels
•
Werking regelaars: werkt afstemming instroom VRI(‘s) op gerealiseerde uitstroom TDI
•
Werking wachtrijschatter: vergelijking berekende lengtes met gemeten wachtrijlengtes
•
Werking beveiligingen: vollopen toerit en/of vollopen SWN buffers
•
Tactische uitgangspunten: evenwichtig gebruik van buffers
Toetsen vormen sluitstuk specificatiefase
Samenvatting gebruik modellen Van wens naar realiteit: lessons learnt
•
Oorspronkelijk (veel) grotere rol ‘complete’ simulatiemodel beoogd, e.g.: - Aantonen meerwaarde PPA - Toetsen regelconcepten - Testen prototype regelsysteem (Matlab) - Testen productieomgeving (technisch) - Tunen algoritmes - Ex-ante evaluatie productieomgeving
•
Wensen vervat in vooraf opgesteld eisenpakket met modeleisen (verkeerskundig, performance, gebruikerseisen, functioneel en technisch)
•
Is deze ‘one size fits all’ aanpak haalbaar?
Samenvatting gebruik modellen Van wens naar realiteit: lessons learnt
•
Oorspronkelijk (veel) grotere rol ‘complete’ simulatiemodel beoogd, e.g.: - Aantonen meerwaarde PPA - Toetsen regelconcepten - Testen prototype regelsysteem (Matlab) - Testen productieomgeving (technisch) - Tunen algoritmes - Ex-ante evaluatie productieomgeving
•
Wensen vervat in vooraf opgesteld eisenpakket met modeleisen (verkeerskundig, performance, gebruikerseisen, functioneel en technisch)
•
Is deze ‘one size fits all’ aanpak haalbaar?
Samenvatting gebruik modellen Van wens naar realiteit: lessons learnt
Dit bleek niet haalbaar (maar ook niet altijd wenselijk) om diverse technische en functionele redenen Belangrijkste issues bij toepassing model: •
Beperkte validiteit van het model (capaciteitsval te klein, kritische dichtheid te hoog,5filelocaties lastig reproduceerbaar, etc.)
•
Rekensnelheid problematisch (langzamer dan real-time!) 4
•
Interacties processen binnen model te complex om duidelijk inzicht te krijgen in functioneren regelaanpak
Gekozen voor een alternatieve aanpak…
Slide 21 4
Wat ik hiermee bedoelde is dat in het echte netwerkmodel er zoveel zaken spelen dat het moeilijk is om het effect van het regelen te isoleren (door elkaar lopende HB relaties, routekeuze, etc.). Daarnaast is er sprake van forse stochastiek. Daarom is het soms lastig om het precieze functioneren van de regelaar te zien! Serge Hoogendoorn; 05-03-2014
5
De parameters die de verkeersafwikkeling beschrijven blijken dus niet te kloppen. Volgens Ramon bleek de kritiche dichtheid (wat een doelwaarde is voor de regelaar) te hoog. Het principe werkt dan nog wel, maar dit maar bijvoorbeeld tunen weer heel erg lastig. Serge Hoogendoorn; 05-03-2014
Samenvatting gebruik modellen Van wens naar realiteit: lessons learnt
Hoofdlijnen aanpak: • Werking Monitoring & Diagnose eenheden hoofdzakelijk in de praktijk toetsen (het model heeft hier beperkte waarde) • Toetsing Regeleenheden uiteindelijk vooral gericht op werking 3 regelmechanismen en juiste implementatie van de software Gevolgde aanpak gebruikt stelsel aan rekenmethoden en modellen van verschillende complexiteit, geschikt voor de te toetsen regelcomponenten: • Omvang van het modelnetwerk in overeenstemming brengen met de te toetsen componenten (wachtrij, aansluiting, gecoordineerde TDI’s, etc.) • Aard en omvang model afhankelijk van doel fase (toetsen concept, ontwerp regelaar, testen productieomgeving, etc.) Uiteindelijk alleen met praktijkproef echt zicht op werking, kosten en baten!
Slide 22 3
Wat ik hiermee bedoelde is dat in het echte netwerkmodel er zoveel zaken spelen dat het moeilijk is om het effect van het regelen te isoleren (door elkaar lopende HB relaties, routekeuze, etc.). Daarnaast is er sprake van forse stochastiek! Weglaten mag ook ;-) Serge Hoogendoorn; 05-03-2014
PPA wegkant fase 1: waar staan we nu? •Prototypes zijn ontwikkeld en getest in simulatieomgeving •Productieomgeving is (deels) getest en eerste resultaten zijn beschikbaar •Concept lijkt te werken, deels operationeel (vanaf afgelopen maandag)
Vragen? PPA wegkant fase 1: waar staan we nu? Beelden tonen werking PPA concept in de praktijk (camerabeelden s101)
