Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2581
Main Title: Adding Transit to an Agent-Based Transportation Simulation: Concepts and Implementation
Translated Title: Simulation von öffentlichem Verkehr in einer agentenbasierten Verkehrssimulation: Konzepte und Ausführung
Author(s): Rieser, Marcel
Advisor(s): Nagel, Kai
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät V - Verkehrs- und Maschinensysteme
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Die Simulation von Verkehr ist ein wichtiger Bestand im Entscheidungsfindungsprozess für verkehrliche Massnahmen. Während die zur Diskussion stehenden Änderungsvorschläge immer komplexer werden, haben die zur Verfügung stehenden, unterstützenden Hilfsmittel immer mehr Mühe, mit der zunehmenden Komplexität mitzuhalten. Programme für die traditionelle, flussbasierte Umlegung von Verkehr unterstützen nur eine limitierte Anzahl an unterscheidbaren Personengruppen. Zudem bieten sie in den allermeisten Fällen keine wirklich zeit-dynamischen Resultate. Neuere Technologien wie agentenbasierte Simulationen haben keine Schwierigkeiten damit, erfordern aber bedeutend mehr Rechenressourcen, selbst für einfachere oder kleinräumige Szenarien. Zusätzlich benötigen agentenbasierte Simulationen oftmals markant längere Rechenzeiten als herkömmliche Umlegungsmodelle. Dies mag zwar die Arbeit von Verkehrsplanern erschweren, dafür stehen anschliessend bedeutend genauere Daten zur Verfügung. MATSim ist eine agentenbasierte Verkehrssimulation, deren Programmcode frei verfügbar ist (open source) und die in der Lage ist, grossräumige Szenarien innert nützlicher Frist zu simulieren. Leider ist MATSim aber zur Zeit auf die Simulation von privatem Autoverkehr beschränkt, was den Nutzen der Simulationsumgebung stark beschneidet. Gerade anspruchsvollere Fragestellungen von Verkehrsmodellen lassen sich so nicht mehr ohne Weiteres beantworten. Ein Beispiel einer solchen Fragestellung sind die Auswirkungen einer zeitabhängigen Maut, wie sie in dieser Dissertation vorgestellt werden. Im Laufe der Untersuchung hat sich gezeigt, dass die Einführung einer Strassenmaut im abendlichen Stossverkehr klar erkennbare Auswirkungen im morgendlichen Verkehr hat. Weil aber nur Autoverkehr im Simulationsmodell enthalten ist, lässt sich nur schwer beurteilen, wie realistisch die beobachtete Reaktion ist. Es wäre gut denkbar, dass Personen entscheiden, mit dem öffentlichen Verkehr zur Arbeit zu fahren anstatt weiterhin mit dem privaten Auto zur Arbeit zu pendeln. Ein solches Resultat ist aber mit einer auf Autoverkehr beschränkten Simulation gar nicht möglich. Um diese Beschränkung aufzuheben beschreibt diese Dissertation detailliert, wie das vorhandene Simulationswerkzeug, MATSim, erweitert wurde um zusätzliche Verkehrsmittel zu unterstützen. Ein Modell zur Verkehrsmittelwahl wurde in den iterativen Ablauf der Simulationsumgebung integriert. Dadurch werden die Verkehrsmittelwahl, Abfahrtszeitwahl und Routenwahl zusammen mit der Verkehrsumlegung kombiniert – im starken Gegensatz wie die Verkehrsmittelwahl im Vier-Stufen-Verfahren bislang in der Verkehrsplanung eingesetzt wurde. Die integrierte Verkehrsmittelwahl wird mathematisch mit Hilfe eines einfachen Test-Netzwerks validiert, bevor es dann in einem grösseren Szenario eingesetzt wird. Die Unterstützung zusätzlicher Verkehrsmittel in der Simulationsumgebung wird dann weiter verbessert, indem fahrplanbasierter öffentlicher Verkehr detailliert abgebildet und in die Verkehrssimulation integriert wird. War von der ersten Modellerweiterung hauptsächlich die integrative Schicht der gesamten Simulationsumgebung betroffen, ist von dieser zweiten Erweiterung im Wesentlichen nur noch die eigentliche Verkehrssimulation betroffen. Die notwendigen Anpassungen und eingesetzten Erweiterungen werden ausführlich beschrieben, insbesondere um sicherzustellen, dass der benötigte Rechenaufwand nur um soviel ansteigt wie unvermeidbar ist. Die neuen Möglichkeiten der Simulation werden zuerst in einfachen Beispielen vorgeführt. Danach erfolgt die Anwendung der kompletten Simulation auf ein grossräumiges Szenario, um ihre Anwendbarkeit auch in einem grossen, städtischen Kontext zu zeigen.
Transportation simulations are an important part of today’s decision making process for transport infrastructure and management. While proposed changes are getting more and more complex, tools supporting the decision making process are struggling to keep up. Traditional, flow-based traffic assignment tools are limited in the number of different person groups that can be distinguished and do in most cases not offer fully time-dynamic results. Newer technologies like agent-based simulations overcome these problems, but usually demand high computational resources, even for simpler or midsized scenarios. In addition, agent-based simulations often take much longer to run than traditional assignment models, slowing down the work of transportation planners, but delivering more detailed results in exchange. MATSim is an open-source, agent-based transportation simulation that is able to simulate large-scale scenarios within a useful amount of time. But MATSim is limited to simulate private car traffic only, trimming its capabilities to answer sophisticated questions posed to advanced models. An example of such an advanced question is given in this dissertation by the research of time-dependent road pricing schemes. The research showed that the introduction of a toll during the evening rush hours has a distinct influence on the traffic patterns during the morning rush hour. But as only car traffic was included in the model, it is not clear if the observed reaction in the model is indeed realistic. In reality, people could decide to switch to transit instead of continuing to commute with their private car; an outcome that could not be modeled with a simulation limited to private car traffic only. To overcome this problem, this dissertation describes in detail how the existing simulation, MATSim, was extended to support additional modes of transportation. A mode choice model is integrated into the iterative structure of the simulation framework, effectively combining mode choice, departure-time choice and route choice together with the traffic assignment in the simulation. This is in strong contrast to the way mode choice is handled in the four-step model traditionally used in transportation planning. The new mode choice model is mathematically validated on the basis of a simple test network, and then applied to a large-scale scenario. The support for additional modes of transportation is then refined, by implementing a detailed simulation of schedule-based transit into the existing car simulation. Was the first extension more on the level of the complete framework to support additional modes, is this extension on the level of the actual traffic simulation. The required changes and applied extensions are explained in detail, highlighting computational issues in order to increase the computational requirements only as much as needed. Illustrative examples are given, demonstrating the features of the integrated simulation, as well as a large-scale application showing the applicability of the integrated simulation in a large, urban context.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-27852
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/2878
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2581
Exam Date: 10-Jun-2010
Issue Date: 30-Sep-2010
Date Available: 30-Sep-2010
DDC Class: 380 Handel, Kommunikation, Verkehr
Subject(s): Agenten
Öffentlicher Verkehr
Simulation
Verkehrssimulation
Agent-based
Public transport
Simulation
Traffic simulation
Transit
Usage rights: Terms of German Copyright Law
Appears in Collections:Technische Universität Berlin » Fakultäten & Zentralinstitute » Fakultät 5 Verkehrs- und Maschinensysteme » Institut für Land- und Seeverkehr (ILS) » Publications

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Dokument_55.pdf11.23 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open


Items in DepositOnce are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.