Útvonalválasztás az aktuális közlekedési információk felhasználásával Munkácsiné dr. Lengyel Erzsébet, Juhász János Bevezetés Napjainkban a távközlési eszközök rohamos fejlıdése (elsısorban a mobil távközlés gyors elterjedése) lehetıvé teszi a közlekedés szereplıinek gyorsabb, pontosabb tájékoztatását nem csak az utazás megkezdése elıtt, hanem utazás közben is. Az aktuális közlekedési információk továbbításának jelenleg legelterjedtebb módjai az utazás elıtt: a rádió híradások közlekedési hírei, internetes portálok szöveges, térképes oldalai és webkamerák képei. Az utazás közben a rádió híradások, közlekedési hírek és a TMC üzenetek nyújthatnak segítséget. Mivel egyre több jármővezetı használ fedélzeti navigációs eszközöket, így célszerő lenne a közlekedési információkat olyan formában is sugározni, amit ezek a készülékek is képesek értelmezni, megjeleníteni és a navigáció során felhasználni. A megvásárolható navigációs rendszerek útvonaltervezı, nyomonkövetı szolgáltatásai és kezelhetıségük magas színvonalú, azonban alkalmazhatóságukat nagymértékben befolyásolja az adataik megbízhatósága, aktualitása: az idıszakos útlezárások, korlátozások a forgalomáramlás minıségének és a torlódások figyelembe vételének hiánya. A rádió híradások közlekedési hírei az adatforrástól függıen többé-kevésbé pontatlanok, valamint az információszolgáltatás nem folyamatos, így a tájékoztatás idıszerősége is bizonytalan. A szóban közölt adatok rögzítése a jármővezetı által vezetés közben nem lehetséges, így a dinamikus útvonaltervezéshez, az optimális útvonal kiszámításához nem alkalmazhatók. A közlekedési információs szolgálatok (Fıvinform, Útinform) és az internetes portálokon (UTV) hozzáférhetı adatok ugyan aktuálisnak tekinthetık, azonban biztosítani kell a jármő navigációs eszközével a digitális kapcsolatot. A közlekedési adatok vezeték nélküli továbbítására dolgozták ki korábban az RDS-TMC rendszert, amely hazánkban nem épült ki. Mivel a tájékoztatási igény egyre növekszik a jármővezetık és a közúti forgalom irányítói részérıl egyaránt, így várhatóan a közeli jövıben megjelenhetnek és elterjedhetnek a dinamikus adatokat szolgáltatni és fogadni képes technikai eszközök. Jelenleg a WIFI technológia alkalmazásával folynak kísérletek, amely alkalmas a legfrissebb információk továbbítására a közlekedési információs központból a jármővek fedélzeti eszközei számára. Ezen felül lehetıséget nyújt az intelligens infrastruktúra és a jármővek, valamint a jármővek egymás közötti kommunikációjára is. [1]. A jármővezetık útvonalválasztásánál az aktuális közlekedési információk felhasználásának várható hatásáról korábban már készültek vizsgálatok [2, 4], azonban ezek abból a feltételezésbıl indultak ki, hogy az információk valamennyi jármővezetıhöz eljutnak, a döntéseik során ezeket figyelembe vehetik. Vizsgálatunk célja, hogy meghatározzuk a dinamikus útvonalválasztás kedvezı hatásait a forgalomáramlás minıségére, és az egyes jármővek eljutási idejére vonatkozóan. Ehhez számítógépes szimulációs eljárást alkalmaztunk, melynek fı jellemzıit a továbbiakban ismertetjük.
1. A szimulációs vizsgálat bemutatása Az útvonalválasztás hatásainak, a forgalomáramlásnak, a menetidık alakulásának vizsgálatára az egyik legalkalmasabb módszer a számítógépes szimuláció, mivel tetszıleges úthálózaton, különbözı forgalomnagyságok és útvonalválasztási módszerek elıfordulási arányai mellett győjthetünk adatokat. 1.1 A modell ismertetése A szimulációs modellnek két fı eleme, az úthálózat és a jármő (beleértve a jármővezetıjét) számos általános és egyéni tulajdonsággal jellemezhetı. Az alkalmazott modell azonban csak a vizsgálat szempontjából leglényegesebb tulajdonságokat és forgalmi mőveleteket tartalmazza. A jármővek átlagos menetidejének meghatározására nem szükséges a mikroszkopikus szimulációs módszer részletezettsége, nincs szükség valamennyi jármő részletes mozgásállapotát (pl. gyorsulását) szimulációs idıciklusonként meghatározni, az elızéseket, a sávváltásokat jármővenként regisztrálni. Az úthálózat modellje A vizsgált úthálózat mindössze két, egymással párhuzamos és közel egyforma hosszú és hasonló átlagos kapacitású útvonalat tartalmaz (A és B útvonal). Az útvonalak olyan elemi útszakaszokból állnak, amelyek kapacitása és forgalomtechnikai jellemzıi (sávok száma, útpálya szélessége, stb.) homogénnek tekinthetık (1. ábra). A u 1 u 2 u 3 u 0 u 7 u 4 u 5 u 6 1. ábra: Az úthálózat modellje A vizsgálat során csak az egyirányú forgalmat vizsgáljuk, feltételezzük, hogy az úthálózaton a szembejövı forgalom befolyása a vizsgálat szempontjából elhanyagolható. Az egyes útszakaszokon a jármővek sebessége a forgalomsőrőség függvényében alakul: v = f (d) ahol v a jármő átlagos haladási sebessége (km/h), d a forgalomsőrőség (j/km). A jármővezetık modellje B A függvénygörbe középsı szakasza egyenessel helyettesíthetı [5], amelynek meredeksége összefügg az útszakasz forgalomtechnikai kialakításával. A jármővezetık külsı kényszer nélkül, a rendelkezésre álló információk és a saját tulajdonságaiknak megfelelıen, tetszılegesen választhatnak a két lehetséges útvonal között.
A jármővezetık útvonal megválasztásának módszerei: 1. statikus útválasztás: megszokott útvonal bejárása, illetve utazás elıtt statikus adatbázisra épülı útvonalajánló programok alkalmazása, 2. dinamikus útirányválasztás: csomópontonként a látszólag kedvezıbb útirány kiválasztása, 3. információn alapuló útvonalválasztás: az utazás közbeni aktuális közlekedési információk figyelembe vételével újratervezett útvonal bejárása. A szimulációs program tulajdonságai Az forgalomáramlás minıségének elemzéséhez szükséges adatokat szimulációs számítások szolgáltatják. A számítógépes alkalmazás Java programnyelven készült, amely lehetıvé teszi a forgalomnagyság és a forgalom összetételének tetszıleges megválasztása mellett az eljutási idık és az útvonalak kihasználásának részletes rögzítését. A jármővek belépése a vizsgát úthálózatra egy helyen, a 0. útszakasz kezdıpontján történik. A jármővek követési idıközének meghatározása Poisson-eloszlású véletlenszámokkal valósul meg. Az eloszlás várható értéke, az átlagos követési idıköz (a jármő forgalomnagyság reciproka) változtatható paraméter. A jármővezetı útvonalválasztási kategóriája, a belépéskor a paraméterként választható kategória arányok alapján, egyenletes véletlenszámokkal kerül meghatározásra. Az értékelés számára eltárolt adatok: a tényleges forgalomnagyság, az útvonalválasztási kategóriák aránya, valamint az egyes jármővek útvonalválasztási módjának kategóriája, a választott útvonala és az eljutási ideje, valamint az útvonalak aktuális jármőszáma másodpercenként. 2. ábra: A szimulációs program párbeszédablaka
1.2 A vizsgálatok ismertetése A vizsgálat két fı részbıl áll, amelynek elsı részében a két útvonal szabadon járható, a forgalomáramlás sebességét, ezáltal az eljutási idıt elsısorban a forgalomsőrőség befolyásolja. A vizsgálat második részében az A útvonal középsı szakaszán mesterséges forgalomcsillapítást helyeztünk el, amely az útelágazástól nem látható távolságban található. Ennek hatására a forgalomcsillapítás elıtti útszakaszon lecsökken a jármővek sebessége, megnı a forgalomsőrőség, amely elérheti az útválasztás elıtti csomópontot. Tehát a jármővezetık nem a forgalomcsillapítás módját, hanem annak hatására kialakult torlódást érzékelhetik. Az egyszerő áttekinthetıség miatt az útszakaszok hosszúsága a 4. jelő, 1000 méter hosszúságú útszakasz kivételével egyenlı, 500 méter, amelynek következtében, a korlátozás nélküli hálózaton az A jelő útvonalon az átlagos menetidı 25 %-kal a rövidebb. A szimuláció során a forgalomáramlás minıségi jellemzıinek rögzítése a 360 j/h és az 1800 j/h közötti forgalomnagyság tartományban történt. A jármővezetı kategóriák arányainak megválasztása azon a feltevésen alapszik, hogy a jármővezetık közel harmada nem ragaszkodik a rövidebb útvonalhoz, ha torlódást észlel. A közlekedési információkkal segített jármővezetık növekvı aránya elsısorban a statikus útválasztók részarányát csökkenti. A szimuláció során alkalmazott jármővezetık útválasztási módszerek szerinti arányait mutatja a 2. táblázat. Mérés 1. módszer 2. módszer 3. módszer 1. 60 % 40 % 0 % 2. 50 % 40 % 10 % 3. 40 % 40 % 20 % 4. 30 % 40 % 30 % 5. 20 % 40 % 40 % 6. 10 % 40 % 50 % 2. táblázat: Az útvonal megválasztási módok arányai A jármővezetık közlekedési szokásaira utaló útvonalválasztási módszerek részarányainak megválasztásánál azzal a feltételezéssel éltünk, hogy a jármővezetık közel fele (kb. 40 %) az útvonalát nem tervezi meg elıre, hanem az eljutási célja és a forgalomáramlás sebessége alapján választ útirányt az egyes csomópontokban. Az aktuális információkon alapuló útvonalválasztási módszert alkalmazó jármővezetık részarányának 10 %-onként történı változtatása elég részletes ahhoz, hogy az eredmények alapján megfelelı következtetéseket lehessen levonni, összefüggéseket felismerni. 2. A számítási eredmények értékelése 2.1. Az átlagos menetidı alakulása A menetidı alakulását több szempontból érdemes megvizsgálni: az átlagos menetidı alakulása elsısorban az úthálózat kapacitásának kedvezı kihasználása szempontjából fontos. A menetidık összehasonlítása az egyes útvonal megválasztási módonként azért szükséges, mert ez a jármővezetık számára ösztönzıleg hathat a közlekedési szokásaik megváltoztatására a saját utazási menetidejének csökkentése és az együttes forgalomlebonyolódás minıségének javítása érdekében. a) Információ nélküli útválasztás A információ nélküli útvonalválasztásnál (6-os statikus útvonalválasztás, 4-os dinamikus útirányválasztás összetétel esetén) az átlagos menetidı alakulását szemlélteti a 2.
ábra. Alacsony forgalomnagyságnál értelemszerően a jármővezetık a rövidebb, A jelő útvonalat választják, hiszen ez kedvezıbb menetidıt sejtet. A hosszabb, B jelő útvonalat akkor célszerő választaniuk, amikor az A jelő útvonalon nagyobb forgalomnagyság és az ezáltal lecsökkenı menetsebesség miatt megnövekszik a menetidı. [s] 400 350 300 250 200 150 Sebességkorlátozás nélkül 100 Sebességkorlátozással 50 0 0 500 1000 1500 2000 [j/h] 2. ábra: Az átlagos menetidı alakulása információ nélküli útvonalválasztás esetén A grafikonból kiolvasható, hogy az átlagos menetidık közötti különbség a forgalomnagyság növekedésével lecsökken. Az 1200 j/h forgalomnagyság felett az átlagos menetidık egyenlıkké válnak a sebességkorlátozás esetén és sebességkorlátozás nélküli úthálózaton, mivel a útszakaszok telítıdnek és ezáltal a jármővek sebessége a sebességkorlátozás nélküli szakaszokon is lecsökken. b) Információ alkalmazásával történı útválasztás A sebességkorlátozás nélküli úthálózaton az aktuális közlekedési információk alkalmazásával útvonalat választó jármővezetık különbözı (-5 közötti) részaránya esetén az átlagos menetidınek az információ nélküli útválasztás esetén mért átlagos menetidıhöz viszonyított alakulását vizsgálva megállapítható, hogy szélsıségesen alacsony, illetve nagy forgalomnagyság esetén a jármővezetık informálása nem csökkenti az átlagos menetidıt. Az elıbbi esetben nincs torlódás, az utóbbinál pedig mindkét útvonal telített. Az átlagos menetidı csökkenése a 900-1500 j/h forgalomnagyság tartományban jelent meg, a maximális idımegtakarítás pedig 1200 j/h forgalomnagyságnál adódott (3. ábra). A menetidı alakulását a 100 %-nak tekintett információ nélküli útvonalválasztásnál mért átlagos menetidıhöz viszonyítjuk. 1 10 8 6 4 1 3 4 5 0 500 1000 1500 2000 [j/h]
3. ábra: Az átlagos menetidı alakulása sebességkorlátozás nélküli úthálózaton különbözı részarányú információn alapuló útvonalválasztás esetén A 4. ábra az átlagos menetidı nagyságának változását mutatja sebességkorlátozás esetén különbözı részarányú informált útvonalválasztási részarányoknál a forgalomnagyság függvényében. A viszonyítás alapja szintén az információ nélküli útvonalválasztásnál mért átlagos menetidı. 1 10 8 6 4 0 500 1000 1500 2000 1 3 4 5 [j/h] 4. ábra: Az átlagos menetidı alakulása sebességkorlátozás esetén különbözı részarányú információn alapuló útvonalválasztás esetén Sebességkorlátozás esetén az informált útválasztás kedvezı hatása már alacsony forgalomnagyság esetén is megjelent, az átlagos menetidı csökkenése azonos tendenciájú az informált útvonal választók részarányával. Az átlagos menetidınek a forgalomnagyságtól függı alakulása, a maximális menetidı csökkenés mértéke megegyezik a sebességkorlátozás nélküli úthálózaton tapasztalt összefüggéssel. 2.2. Az átlagos menetidı alakulása az útvonal választási módok szerint Az információ nélküli dinamikus útirány választás hatékonyságának alakulását mutatja korlátozás nélküli és sebesség korlátozásos úthálózaton az 5. ábra. Sebességkorlátozás nélküli úthálózaton a 1egkedvezıbb értékek 1200-1400 j/h forgalomnagyságnál adódtak, ennél nagyobb forgalomnagyság esetén a hosszabb, B jelő útvonalon sebességkorlátozás nélkül is lecsökken a jármővek átlagos menetsebessége. A sebességkorlátozásos úthálózaton a dinamikus útirányválasztás elınye már 500 j/h forgalomnagyságtól megfigyelhetı. 30, 25, 20, 15, 10, Korlátozás nélkül Korlátozással 5, 0, 0 500 1000 1500 2000 [j/h]
5. ábra: A dinamikus útirányválasztásnak a statikus útvonalválasztáshoz viszonyított átlagos menetidı csökkenésének alakulása a forgalomnagyság függvényében A statikus és az aktuális információkon alapuló útvonalválasztás átlagos menetidejének összehasonlítását, a menetidı megtakarítás nagyságát mutatja 30 %-os informált útvonalválasztói részarány mellett a 6. ábra. 16, 14, 12, 10, 8, 6, 4, Sebességkorlátozás nélkül 2, Sebességkorlátozással 0, 0 500 1000 1500 2000 [j/h] 6. ábra: Az informált útvonalválasztók átlagos menetidı csökkenése Az szimulációs eredmények tanulsága szerint, a forgalom kedvezıbb eloszlását elsısorban az informált útvonalválasztók biztosítják. Az átlagos menetidı csökkenés a statikus útvonalválasztókhoz képest alacsony forgalom esetén a sebességkorlátozás nélküli úthálózaton nem tapasztalható, ezzel szemben a forgalomnagyság növekedésével egyre jelentısebb elınyre tesznek szert. Amennyiben korlátozás van az A jelő, rövidebb útvonalon, az informált útvonalválasztás már alacsony forgalomnagyságnál is jelentısen kedvezıbb a statikus útvonalválasztók átlagos menetidejéhez viszonyítva. A menetidı csökkenés, a forgalomnagyságtól függıen 8-15 %-os mértékő. 2.3. A jármővezetık dinamikus útvonalválasztásának hatása az átlagos menetidı alakulására sebességkorlátozás esetén Azt vizsgálva, hogy miként alakul az átlagos menetidı növekedés egy esetleges sebességkorlátozás hatására, megfigyelhetı, hogy 900 j/h forgalomnagyságig a dinamikus útvonalválasztók arányának növekedése kedvezı hatással van az átlagos menetidıre, nagyobb forgalomnagyság esetén már az elınyök nem érvényesülhetnek, hiszen telítıdnek az útvonalak.
Átlagos menetidı növekedés 30, 25, 20, 15, 10, 5, 0, 1 3 4 5 Informált jármővezetık aránya Forgalomnagyság: 360 [j/h] 450 [j/h] 600 [j/h] 720 [j/h] 900 [j/h] 1200 [j/h] 1800 [j/h] 7. ábra: A sebességkorlátozás hatására bekövetkezı átlagos menetidı növekedés alakulása az informált jármővezetık arányának függvényében különbözı forgalomnagyság esetén A 7. ábra alapján megállapítható, hogy az informált jármővezetık és a dinamikus útválasztók arányának növekedése kedvezı hatással van az átlagos menetidı alakulására. Az elınyök nyilvánvalóan lecsökkennek a forgalomnagyság növekedésével. Ezen az egyszerő, mindössze egy döntési pontot tartalmazó úthálózaton a maximális eltérés 5% körüli. 2.4. Az útvonalak kihasználtságának idıbeli lefolyása A forgalomlebonyolódás értékelésénél az átlagos menetidı alakulásán kívül lényeges az egyes útvonalak kihasználtságának megfigyelése is. A szimulációs számítások adatai lehetıvé teszik, hogy megvizsgáljuk milyen mértékben változik az útszakaszok kihasználtsága, milyen a forgalom idıbeli ingadozása a két párhuzamos útvonalon. A forgalom idıbeli ingadozása, az egyes útvonalak kihasználtságának állandó változása közvetlen hatással van a jármővek menetidejére. A 8-9. ábrák a forgalom megoszlásának idıbeli alakulását mutatják a sebességkorlátozás nélküli és a sebességkorlátozásos úthálózaton 900 j/h forgalomnagyság esetén 20 %-os informált útvonalválasztási részarány mellett. 10 9 8 7 6 5 4 3 1 A útvonal B útvonal 0 10 20 30 40 50 60 [perc] 8. ábra: A forgalomnagyságok arányának idıbeli alakulása 900 j/h forgalomnagyság esetén informált útvonalválasztás nélkül sebességkorlátozás alkalmazásával
9 8 7 6 5 4 3 1 A útvonal B útvonal 0 10 20 30 40 50 60 [perc] 9. ábra: A forgalomnagyságok arányának idıbeli alakulása 900 j/h forgalomnagyság esetén 20 %-os informált útvonal választási arány és sebességkorlátozás alkalmazásával Az informált útvonalválasztás alkalmazása esetén az idıbeli ingadozása lecsökken 20 %-os sávból 12 %-os szélesre, tehát az útszakaszok terhelése egyenletesebb lett. A sebességkorlátozás miatt kialakuló torlódás elkerülése érdekében több jármő választotta a hosszabb útvonalat, természetesen legfıként az informált jármővezetık. Összefoglalás A közúti közlekedés globális minıségének megítélésekor elsısorban valamennyi jármő figyelembe vétele mellett meghatározott átlagos menetidık alakulása a fontos, természetesen az útválasztási módszerek arányainak figyelembe vételével. Az egyes útvonalválasztási módszerek egymáshoz viszonyított hatékonysága a jármővezetık magatartására, a módszereik megváltoztatására lehet hatással. Ez a magatartás változás nyilvánvalóan visszahat a forgalom globális minıségére. A jármővezetık folyamatos tájékoztatására épülı dinamikus útvonalválasztás elınyei a jármővezetık számára ösztönzıen hathatnak a módszer alkalmazására, annak elterjedésére. Irodalom [1] Aradi Sz., Bécsi T.: Vezetéknélküli átviteli technológiák jövıje a közúti közlekedésben, Innováció és fenntartható felszíni közlekedés konf., 2007 [2] Wahle, J., Lúcia, A., Klügl, F., Schreckenberg, M.: Decision Dinamics in a Traffic Scenario, Adv. Complex Systems, 2000 [3] Sreckenberg, M., Selten, R., Chmura, Th., Pitz, Th., Wahle, J.: Experiments on Day-to- Day Route Choice, http://www.traffic.uni-duisburg.de/survive/ [4] Wahle, J., Annen, O., Schuster, Ch., Neubert, L., Screckenberg, M.: A Dynamic Route Guidance System Based on Real Traffic Data, Elsevier Preprint, 2000