Микромоделирование

Макромоделирование

Классификация методов моделирования дорожного движения

Законы автомобильного движения сложны и нелинейны, поскольку зависят от взаимодействия большого количества автомобилей. Более того, автомобили взаимодействуют не только по простым законам механики, но также по реакции водителей. Фактически, наблюдается феномен образования кластеров и волн распределения плотности автомобильного потока, распространяющихся как в прямом, так и в обратном направлениях. Также анализ результатов экспериментов затруднен большими флуктуациями в измеряемых величинах, например, в средней скорости автомобилей.

Анализ автомобильного трафика также затрудняется из-за формы кривой скорости, описываемой как боковая парабола. Как только суммарное число автомобилей на выделенном участке дороги достигает плотности, выходящей за оптимальную, трафик становится нестабильным. В такой ситуации любой мелкий инцидент может повлечь срыв потока, выражающийся в постоянных чередующихся этапах остановка-движение.

Исходя из этого, выделяют три группы способов моделирования автомобильного трафика, которые основаны на трех основных методах наблюдения в физике.

Макромоделирование — тип моделирования, основывающийся на

применении к автомобильному трафику законов гидродинамики, по аналогии с жидкостью в трубе. Как следствие, такой тип моделирования выражается в написании систем дифференциальных уравнений в частных производных, сформулированных относительно интересующих величин — например, плотности потока автомобилей или их средней скорости. Симуляция дорожного движения и наблюдения в реальном времени показали, что в плотном, но свободном трафике пробки могут возникать спонтанно, зачастую из-за малозначимых событий (так называемый «эффект бабочки»), в частности, из-за резкого торможения единственного водителя. Такую ситуацию часто сравнивают с внезапным замерзанием переохлажденной жидкости. Впрочем, в отличие от жидкости, автомобильный трафик подвержен влиянию сигналов (знаки, светофоры) и других событий (особенно на развязках), которые периодически затрагивают движение. Модели матриц энтропии учитывают этот эффект, группируя транспорт и добавляя случайную составляющую к шаблонам движения трафика на отдельных участках дорожной сети.

Микромоделирование — каждый автомобиль представляется индивидуально, и потому для каждого автомобиля решается уравнение (обычно простое дифференциальное). Сила микромоделирования в возможности представления перегруженных дорожных сетей, поскольку микромоделирование позволяет симулировать очереди. Модели, применяемые в микромоделировании, позволяют получать результаты даже при высокой насыщенности потока, вплоть до пробки. Эта способность делает данный тип моделирования исключительно полезным для анализа дорожной обстановки в городских зонах и центрах городов, включая развязки, регулируемые и нерегулируемые светофоры и площади. Микромоделирование также отражает относительно небольшие изменения в физической среде, такие как уменьшение числа полос или внезапные случайно возникающие остановки.