SINTEF A5028 Åpen RAPPORT Trafikkanalyse Tiller / Heimdal mikrosimulering med Dynasim Olav Kåre Malmin SINTEF Teknologi og samfunn Veg- og transportplanlegging Januar 2008
2
3 INNHOLDSFORTEGNELSE 1 Innledning...5 2 Modellområdet...5 3 Eksport fra transportmodell...6 3.1 Test av funksjon for eksport til Dynasim...6 4 Koding av simuleringsmodellen...9 4.1 Scenario i modellen...9 4.2 Koding av vegnettet...9 4.3 Soner...12 4.4 Koding av rutevalg...12 5 Turmatriser...14 5.1 Rimelighetskontroll av turmatriser...14 6 Kjøring av scenario...15 7 Resultatvisning...18 8 Resultat...19 8.1 Sandmoenkrysset...19 8.2 CitySyd-området...20 8.3 Tonstadkrysset...22 8.4 Modellen på overordnet nivå...23 9 Konklusjon...25 9.1 Trafikksimulering...25 9.2 Evaluering av simuleringsverktøyet Dynasim...25
4
5 1 Innledning Rapporten beskriver arbeidet med etablering av en mikrosimuleringsmodell for Tiller-området ved bruk av verktøyet Dynasim fra Citilabs. Dynasim er en del av Cube-familien med verktøy for transportmodellering. Arbeider er finansiert gjennom midler fra Statens Vegvesen Region Midt og egne strategiske midler i SINTEF. Kontakpersoner hos SVV har vært Ivar Berg og Tore Moan, mens arbeidet hos SINTEF har vært ledet av Olav Kåre Malmin, med noe assistanse fra Arvid Aakre, NTNU. 2 Modellområdet Modellområdet strekker seg fra nord for Tonstadkrysset til sør for Sandmoenkrysset og mellom Østre Rosten og Heimdal sentrum. City Syd Sandmoen Figur 1: Modellområdet 2005 og 2015, flyfoto med påtegnede endringer i vegnettet Tonstadkrysset
6 3 Eksport fra transportmodell I transportmodellen er modellområdet representert med et polygon som avgrenser lenkene, nodene og sonene som skal videre til mikrosimuleringsmodellen. Figur 2: Modellområdet i transportmodellen TASS5 3.1 Test av funksjon for eksport til Dynasim I Cube versjon 4.1 finnes en funksjon for å eksportere et delområde til Dynasim versjon 1.
7 Figur 3: Eksport til Dynasim Dialogboksen i Figur 3: Eksport til Dynasim inneholder felt for å angi variabelnavn for antall felt, hastighet og vegbredde. Eksportrutinen vil da generere opp et vegnett i Dynasim, legge inn de lyskryss som er kodet i transportmodellen og lage en turmatrise for delområdet basert på de soner som er i området og nye soner det veger blir skjært ut. Det ble gjennomført en test av eksportrutinen for kun Tonstadkrysset. Først ble det gjort et lite forarbeid for å legge inn antall kjørefelt for 4-feltsvegene i området. Figur 4 viser hvordan krysset ble seende ut i Dynasim.
8 Figur 4: Tonstadkrysset fra TASS5 Transportmodeller har tradisjonelt et vegnett bygget opp av noder som representerer kryss og lenker mellom disse nodene. Dette fører til at vegnett i modellen ikke nødvendigvis representerer den geometriske utformingen av det fysiske vegnettet. I eksport av nett fra transportmodellen til Dynasim blir også nettet bestående av lenker og noder, og ligner lite på det fysiske nettet. Da det ble forsøkt satt i gang beregning på dette scenariet ga systemet umiddelbart en kryptisk feilmelding. I Voyager finnes det muligheter for å bruke kurvede lenker mellom noder slik at et nett i modellen kan se ut som det virkelige nettet, men disse funksjonene kan imidlertid ikke anvendes på nettverk i TASS5. Konklusjonen på test av eksport av lite område er at transportmodellnettverk kodet for TRIPS ikke er egnet til eksport til mikrosimuleringsmodell.
9 4 Koding av simuleringsmodellen 4.1 Scenario i modellen Vegnettskoding i Dynasim foregår i lag. Et vegnettscenario blir deretter bygget opp av flere lag. I dette prosjektet er det benyttet to scenario og tre lag: o Eksisterende vegnett: Eksisterende veger Gamle veger o Nytt vegnett: Eksisterende veger Nye veger Eksisterende veger inneholder de delene av vegnettet som ikke blir berørt av utbyggingen. Gamle veger inneholder veger som blir bygget bort eller stengt og Nye veger inneholder de nye vegene. 4.2 Koding av vegnettet På grunn av problemene med eksport av vegnett fra transportmodellen ble hele vegnettet kodet fra grunnen opp med kodingsrutinene i Dynasim. Dette er en rimelig enkel prosess der vegnettet tegnes ut på et flyfoto eller annet bilde som viser modellområdet. Det som kodes er alle mulige kjørefelt og svingebevegelser. Figur 5: Manuell koding av Tonstadkrysset
10 Rundkjøringer legger inn som vanlige veglenker men med vikepliktsregulering på alle tilfarter. Figur 6: Koding av rundkjøring ved City Syd Lyskryss legges inn ved å markere opp alle stopplinjer og assosiere stopplinjene med lysmaster. Etter det legges det inn faseplan og grønntider. Det brukes samme lyskrysskoding i begge scenario, men ved å legge lyskrysskoding på forskjellige lag kan lyskryss også være kodet forskjellig i de forskjellige scenario. Faseplaner for lyskryss ble levert av Statens Vegvesen. Faseplanene ble levert i form av regneark med tidsangivelser fra kjøretøystyrte lyskryss. Lyskryssene i simuleringen er også kodet kjøretøystyrt ved å gi inn minimum og maksimum grønntid.
11 Figur 7: Koding av lyskryss ved John Aaes veg/østre Rosten Figur 8: Faseplan for lyskryss
12 4.3 Soner Nettverket består av 29 soner. Dette er en blanding av soner fra modellen og nye soner der veger blir delt ut av modellområdet. All trafikk inn i systemet kommer fra disse sonene og fordeler seg utover nettet til destinasjonen. Antall kjøretøy fra en sone til en annen sone blir styrt av turmatrisene. Figur 9: Sone ved innkjøring til Østre Rosten og Sentervegen 4.4 Koding av rutevalg I motsetning til transportmodeller finnes det ikke noen rutevalgsmodell i Dynasim. Kjøretøyene i modellen blir matet i en sone og kjører da i utgangspunktet tilfeldig rundt i modellen til det kommer til en gitt destinasjon. Trafikken styres ved å legge inn regler for innkjøringsforbud. Dette fungerer ved at i alle kryss og alle ramper må det legges inn et innkjøringsforbud som stopper kjøretøy som har en destinasjon som gjør det unaturlig å velge den gjeldende vegen. Dette arbeidet forenkles ved at modellområdet kan deles inn i større og mindre sektorer og disse sektorene kan kombineres. Eksempler på innkjøringsforbud i modellen: 1. Rampen av E6 i sørgående retning i Tonstadkrysset kan ikke brukes av kjøretøy som har destinasjon kjøpesenterområdet på Østre Rosten, Hele området sør for City Syd og E6 sørover fra Sandmoen. 2. E6 sørover der to felt flettes sammen til ett, kan ikke brukes av kjøretøy som skal til kjøpesenterområdet på Østre Rosten. 3. Figur 10 viser en typisk rutevalgsfeil. De grønne linjene viser ruten fra en sone på Vestre Rosten til en sone nord på Østre Rosten. Her går ruten sørover fra Sentervegen, inn til City Syd, 180-graders sving i rundkjøringen og tilbake nordover Østre Rosten. Får å rette på dette måtte det legges inn innkjøringsforbud i sørgående retning på Østre Rosten for alle
13 destinasjoner nord for City Syd, samt legges inn innkjøringsforbud i rundkjøringen for å unngår 180-graders sving, vist i Figur 6. Figur 10: Rutevalgsfeil Arbeidet med å legge inn regler for rutevalg viste seg å være tidkrevende og vanskelig å få til korrekt. Modellområdet er i mikrosimuleringssammenheng stort med mange forskjellige rutevalg. Selve vegnettet som består av tre parallelle hovedveger gir store utfordringer til å styre trafikken da det ikke kan brukes enkle regler som at trafikk fra en sone til en sone sør for denne sonen ikke skal kunne svinge mot nord.
14 5 Turmatriser Turmatrisene til simuleringsmodellen er hentet ut fra transportmodellen ved å bruke funksjonen Extract sub-area matrix på det trafikkbelastede nettverket i TASS5. Figur 2 viser områdeavgrensingen som ble brukt. Ut av denne funksjonen ble det generert nye matriser som ble hentet inn i Dynasim via Excel. Turmatrisene inneholder en time med trafikk. 10% av denne trafikken ble definert som tungtrafikk. Følgende matriser ble hentet ut av transportmodellen: Progrnoseår Time 2005 08-09 2005 16-17 2015 08-09 2015 16-17 5.1 Rimelighetskontroll av turmatriser Trafikkvolum på snittene og sonetilknytningene er det samme som trafikkvolumet i transportmodellen. Hvis det er feil i transportmodellen vil det også bli feil i simuleringsmodellen. Tabellen under viser trafikktall i kjøretøy pr time sum begge retninger på noen relevante snitt fra turmatrisene. Snitt Morgen 2005 Etterm. 2005 Morgen 2015 Etterm. 2015 E6 Nord 4494 8216 5249 9042 E6 Sør 1606 3155 2081 4310 City Syd 291 1049 526 1578 Sone 1 304 633 511 1038 Sone 1 har innkjøring på Vestre Rosten ved Maskinagentur. Denne sonen har like mye trafikk som City Syd i morgenrushet og 2/3 av trafikken til City Syd i ettermiddagsrushet. Vi vil stille et spørsmålstegn ved denne belastningen da det ikke er spesielt mye aktivitet i området. Denne sonen påfører Tonstadkrysset fra Vestre Rosten nordover til høyre inn mot E6 nordover store mengder kø.
15 6 Kjøring av scenario Simuleringsscenario settes opp som en kombinasjon mellom vegnettscenario, turmatrise, lyskrysskoding og kollektivruter. Det er i dette prosjektet ikke kodet kollektivtrafikk, og det er samme lyskrysskoding for begge vegnettsalternativ. De to forskjellige nettene og turmatrisene for de forskjellige tidsperiode og prognoseårene gir tilsammen fire scenariokombinasjoner. I tillegg ble det satt opp to scenario for 2015 der lyskrysset mellom Østre Rosten og Sentervegen ble byttet ut med rundkjøring. Nettverk Prognoseår Tidsperiode Eksisterende veger 2005 Morgenrush Eksisterende veger 2005 Ettermiddagsrush Nye veger 2015 Morgenrush Nye veger 2015 Ettermiddagsrush Nye veger med rundkjøring 2015 Morgenrush Nye veger med rundkjøring 2015 Ettermiddagsrush Denne tabellen og Figur 11 viser de forskjellige mulighetene for simuleringsscenario. Ikke alle kombinasjoner er like relevante, men er tatt med her for å vise mulighetene. Figur 11: Skjermbilde fra scenario-oppsett i Dynasim Etter kjøring av et scenario gir Dynasim en rekke tilbakemeldinger. Dette er feil og advarsler i forbindelse med at kjøretøyene ikke klarer å kjøre på nettet som er kodet, vist i Figur 12. Flere av disse feilmeldingene må tolkes som advarsler på grunn av overflødig koding som vist i figuren. I tillegg kommer en oversikt over rutevalg for alle sonepar, Figur 13 og også sonepar hvor
16 systemet ikke finner noen rute, Figur 14. Dette oppstår hvis kodingen av innkjøringsforbud blir for restriktiv. Figur 12: Feil og advarsler etter kjøring Figur 13: Rutevalg mellom soner
Figur 14: Umulige rutevalg mellom soner 17
18 7 Resultatvisning Den ferdige visualiseringen av et scenario kan vises på flere måter: 1. Visualisering på maskin med Dynasimlisens 2. Eksporteres til visningsfil og kjøres på maskin uten Dynasimlisens 3. Video fra kjøring på skjerm Ulempen med å eksportere kjøringen er begrensninger lagt inn i lisensen slik at eksport kan bare kjøres fem ganger. Etter det må det kjøpes flere eksporter. Det er derfor viktig at kjøringen som eksporteres er uten feil og mangler, og representerer et akseptabelt resultat. Hvis det finnes feil i den eksporterte visningen kan dette ikke rettes opp uten å kjøre ny eksport. Fordelen med eksport av visning er at denne kan distribueres fritt og spilles av med gratisprogramvare.
19 8 Resultat Det er produsert seks videofilmer over tre forskjellige kryss i modellområdet for de to forskjellige prognoseårene. Dette gjelder Tonstadkrysset, Tiller rundt City Syd og Sandmoen. Alle videoene viser situasjonen mellom 16:30 og 16:37 for 2005 og 2015 (med rundkjøring mellom Sentervegen og Østre Rosten). 8.1 Sandmoenkrysset Figur 15: Sandmoen 2005 kl 16:30 Ved Sandmoen viser simuleringene ingen kødannelse og trafikken flyter fritt i 2005 situasjonen.
20 Figur 16: Sandmoen 2015 kl 16:30 Situasjonen på Sandmoen i 2015 viser ingen problemer forbundet med E6 eller på broen over E6. Men det har oppstått en kø med stor tilbakekobling inn mot Heimdal. 8.2 CitySyd-området Figur 17: CitySyd-området, Sentervegen/Østre Rosten 2005 kl 16:30
21 Modellen viser køer som bygger seg opp nordover på rampen av E6 til John Aaes veg i sørgående retning og nordover på Østre Rosten. Køen nordover på Østre Rosten fra Sentervegen som tilbakeblokkerer inn i John Aaes veg virker rimelig med dagens situasjon. Figur 18: CitySyd-området, rundkjøring i Sentervegen/Østre Rosten 2015 kl 16:30 2015-situasjonen for samme området viser at køen fra rampen av E6 til John Aaes veg er borte og køene på Østre Rosten er redusert. Men samtidig har det blitt kø i sørgående retning på Vestre Rosten mot rundkjøringen i John Aaes veg. Denne køen har oppstått på grunn av endrede rutevalg i modellen på grunn av rundkjøringssystemet på Sentervegen og på grunn av økt antall turer i turmatrisene.
22 8.3 Tonstadkrysset Figur 19: Tonstadkrysset 2005 kl 16:30 I Tonstadkrysset gir modellen for god avvikling i forhold til den virkelige situasjonen. Spesielt blir det ikke bygget opp noen kø på rampen av E6 i sørgående retning. Køen som bygger seg opp over Bjørndalsbrua mot Vestre Rosten er større enn det som virker realistisk og det er ingen køoppbygging vestover over Bjørndalsbrua. Sistnevnte er naturlig da denne vegen fører ut av det modellerte området og flaskehalsen videre vestover ikke er modellert. Figur 20: Tonstadkrysset 2015 kl 16:30
23 2015-situasjonen for Tonstadkrysset gir fortsatt ingen kø på sørgående rampe av E6. Køen fra vest er der fortsatt, men i tillegg har det blitt kapasitetsproblemer på rundkjøringa på Østre Rosten og inn mot Tonstadkrysset. Årsaken til denne køen er den samme som kødannelsen på Vestre Rosten i 2015, endret rutevalg og flere biler i systemet. 8.4 Modellen på overordnet nivå Modellen viser seg egnet til å studere modellområdet på overordnet nivå og finne flaskehalser. Kjøring av prognoseår 2015 viste store problem med avvikling på Østre Rosten i nordgående retning. Lyskrysset mellom Sentervegen og Østre Rosten skapte stor kø sørover. Dette krysset ble kodet om til rundkjøring og køene i dette området forsvant. Dette illustrerer simuleringsmodellenes styrke i å kartlegge og utbedre flaskehalser. Figur 21: Østre Rosten og Sentervegen, 2015 16:15
24 Figur 22: Østre Rosten og Sentervegen med rundkjøring, 2015 16:15 Figur 21 og Figur 22 viser forskjellen mellom en bruk av lyskryss og rundkjøring i krysset Sentervegen/Østre Rosten. Lyskryssscenarioet viser store kører sørover og vestover. Køene mot E6 gir til slutt i simuleringen tilbakeblokkering ut på E6. Køen inn i krysset fra Sentervegen gir også tilbakeblokkering inn i Ivar Lykkes veg. I scenariet med rundkjøring er det fortsatt køproblemer i Sentervegen, men i dette scenariet går køene motsatt veg i reting mot E6. Problemet er den nye rundkjøringen øst for E6. Dette virker ikke logisk. Årsaken kan være at rundkjøringen ikke gir utnyttelse av tidslukene mellom bilene som kommer fra vest og skal nordover på E6. Forskjellig tidslukekoding er forsøkt uten at dette hjalp i noen stor grad.
25 9 Konklusjon 9.1 Trafikksimulering Trafikksimuleringsmodellen viser at en trafikkprognose for 2015 vil gi mye trafikk og dårlig avvikling på eksisterende sidevegnett til E6. Dette gjelder spesielt Østre Rosten. Hvis krysset mellom Østre Rosten og Sentervegen gjøres om fra lyskryss til rundkjøring vil dette hjelpe på kø i Østre Rosten. Trafikken flyter godt på E6. Det finnes betydelig usikkerhet i simuleringen på grunn av svakheter i måten rutevalg gjøres i simuleringsmodellen. Denne usikkerheten kommer særlig fram i sidevegene til E6, hvor østlige og vestlige områder i modellen knyttes sammen. Generelt vil simuleringene gi en god illustrasjon på avviklingsforholdene i vegnettet. Kritiske elementer i vegenettet blir lett identifisert, og vi har også vist at endring av reguleringsform fra signalkryss til rundkjøring vil ha positiv effekt på trafikkavviklingen rundt E6 og redusere faren for tilbakeblokkeringer. Simuleringsmodeller er derfor svært kraftige verktøy for illustrasjon og identifisering av avviklingsforholdene i et vegsystem på en oversiktlig måte. 9.2 Evaluering av simuleringsverktøyet Dynasim Bakgrunnen for ønsket om uttestingen av DYNASIM var den tette koblingen til CUBE/TRIPS. Denne koblingen har ikke svart til forventningene. Nytten med eksportrutinene har vært minimale. Oppsett av modellen har derfor vært langt mer tidkrevende enn først antatt. Vi har også erfart at DYNASIM ikke har egne algoritmer for vegvalg. Vegvalget mellom OD-par er derfor lagt inn manuelt. Dette er ikke tilfredsstillende og er en klar svakhet ved modellen. Det har også vært svakheter i rapporteringsrutinene i programmet. Resultatene kommer ut i en database som brukeren selv kan utnytte til resultatuttak. Vi ville ha foretrukket å ha et sett med standard rutiner som kunne ha vært brukt. Etter vår bruk av modellen har vi konkludert med at andre simuleringsverktøy er bedre egent for denne typen analyser. Koblingen mellom DYNASIM og CUBE/TRIPS er av liten verdi i oppsett av en fullstendig beregningsmodell.