Conectando centróides a várias seções

Fevereiro de 2023 — Nota técnica nº 77

Tessa Hayman

Especialista de produto

Tessa Hayman explica diferentes opções para múltiplas conexões centróides e os efeitos de diferentes parâmetros e algoritmos de atribuição.

Uma pergunta comum em cursos de treinamento de modelagem de transporte é: “Devo conectar meus centróides a várias seções e o que acontece se eu fizer isso?”

Nesta nota técnica, veremos as conexões do centróide, as diferentes opções para elas e o que acontece em segundo plano para cada tipo de carregamento de rede em um modelo Aimsun Next.

Utilizar apenas uma conexão de entrada e uma conexão de saída para cada centróide é a opção mais conveniente, pois facilita o acompanhamento das mudanças de vazão causadas pelos ajustes da matriz, facilitando a validação e calibração. No entanto, múltiplas conexões podem ser necessárias quando a zona é grande e, portanto, possui múltiplos acessos/saídas, ou para manter a consistência com um modelo de planejamento que atenda a demanda.

Quando um centróide possui múltiplas conexões, o tráfego deve escolher uma conexão, e isso pode acontecer como parte da escolha do caminho ou como um cálculo separado, dependendo do algoritmo de atribuição e das configurações definidas para o centróide. Esta nota técnica explicará os efeitos dos diferentes parâmetros e algoritmos.

Atribuições dinâmicas

Para experimentos dinâmicos (macro-meso, meso-micro, meso e micro) as conexões não têm custo, mas existem diversos parâmetros que controlam como cada veículo escolhe entre múltiplas conexões de entrada e saída e como os caminhos entre elas são calculados e avaliados

Estes são definidos nas propriedades do centróide:

Se nenhuma caixa for marcada, os veículos escolhem uma conexão de acordo com o custo até o destino, calculado usando as funções de custo inicial e dinâmico. Em geral, isso significa que os veículos usam a(s) entrada(s) que os levará ao seu destino mais rapidamente e, portanto, essa deve ser a configuração padrão e preferencial.

Para o equilíbrio dinâmico do usuário (DUE), ao usar Dijkstra, ao final de cada intervalo de partida e cada iteração, uma nova árvore de caminhos é calculada, mas apenas um caminho, o de menor custo, é adicionado à lista de caminhos, mesmo que o centróide de origem tem múltiplas conexões. Ao usar A-star, apenas um caminho ponto a ponto é calculado. O caminho é adicionado ao caminho definido para o número máximo de caminhos definido na guia de atribuição dinâmica de tráfego e os veículos são distribuídos entre eles de acordo com as proporções calculadas pelo MSA, WMSA ou algoritmo baseado em gradiente.

Assim, se as percentagens de repartição não forem definidas manualmente, a atribuição acaba por determinar a repartição das viagens entre as diferentes ligações de entrada e saída: no caso do SRC, o modelo de escolha discreta aplicado ao custo das diferentes opções; no caso de DUE, MSA, WMSA ou algoritmo baseado em gradiente.

Por outro lado, se você definir as porcentagens de conexão de entrada ou saída (ou ambas), cada conexão será considerada como uma origem e/ou destino separados, tanto no cálculo e avaliação do caminho quanto no cálculo das medidas de convergência.

Se você usar porcentagens de destino, primeiro estará dividindo a demanda entre as conexões de saída com as proporções fornecidas, então o cálculo do caminho atribuirá os veículos de sua origem à sua respectiva conexão de destino. Portanto, se você usar porcentagens de destino, estará forçando o processo de localização de caminho a calcular uma árvore de caminho para cada conexão de saída, o que aumenta o tempo de execução e o consumo de memória como se você tivesse tantos centróides de destino quanto conexões de saída.

Se você usar porcentagens de origem, primeiro dividirá a demanda entre as conexões de entrada com as proporções dadas, então o cálculo do caminho atribuirá os veículos de sua respectiva conexão de origem ao seu destino.

As mesmas porcentagens para todos têm o mesmo efeito que usar ambas as porcentagens de origem e destino, ao definir para cada uma um valor igual a 100% dividido pelo número de conexões de entrada e saída, respectivamente.

Quando você usa porcentagens, o número máximo de caminhos é aplicado a cada centroide de destino de conexão de origem (se estiver usando apenas porcentagens de origem), a cada conexão de centroide-destino de origem (se estiver usando apenas porcentagens de destino) ou a cada conexão de origem-destino ( se estiver usando ambos); portanto, o número máximo de caminhos entre um par OD torna-se a combinação total de entradas/saídas possíveis multiplicada pelo parâmetro número máximo de caminhos.

Observe que os percentuais que você definir são aplicados de forma homogênea a todos os veículos que tenham aquela origem (independente de seu destino – desde que haja um caminho viável) ou destino (independente da origem – desde que haja um trajeto viável) e, portanto, os veículos podem ser atribuídos a uma entrada ou saída que não lhes permite chegar mais rápido ao seu destino.

Por este motivo, não deve utilizar as percentagens apenas como forma de distribuir o tráfego, ou para obter uma contagem observada das entradas/saídas; devem ser usados apenas em situações específicas, geralmente quando o motivo de escolher uma ou outra conexão não está relacionado à conveniência do caminho, ou seja, quando se deseja obter o mesmo resultado de dividir um centróide em vários centróides (como na divisão /join incluído no Aimsun Next 22 ), mas sem modificar a rede. É aconselhável que, se você tiver divisões de porcentagem conhecidas, divida seus centróides, pois isso pode ser benéfico ao calibrar e validar o modelo, principalmente no ajuste.

Exemplo mostrando as diferenças entre a escolha de rota estocástica (com configurações padrão e com melhor entrada de uso) e o equilíbrio dinâmico do usuário quando o número máximo de caminhos é definido como 3 e o algoritmo de caminho mais curto de Dijkstra é usado.

Modelo	SRC com opções padrão		SRC com melhor entrada de uso		DEVIDO
Etapa	lista de caminhos	Descrição	lista de caminhos	Descrição	lista de caminhos	Descrição
1		No primeiro intervalo da simulação quente ou principal, calcule usando o ICF a árvore de caminho de menor custo. Quando houver várias conexões de entrada, a árvore fornecerá um caminho por conexão de entrada para o mesmo OD. Adicione tudo isso ao caminho definido. Com duas conexões de entrada, pode conter até dois caminhos. Se já houver vários caminhos, calcule a probabilidade de escolha aplicando a função de escolha discreta.		No primeiro intervalo da simulação quente ou principal, calcule usando o ICF a árvore de caminho de menor custo. Adicione apenas o caminho de menor custo ao conjunto para todos os intervalos. Há um caminho no caminho definido. Atribua todos os veículos a esse caminho.		Na primeira iteração, calcule, usando o ICF, a árvore de caminho de menor custo. Adicione apenas o caminho de menor custo ao conjunto para todos os intervalos. Há um caminho no caminho definido. Atribua todos os veículos a esse caminho. Observe que o caminho é o mesmo para todos os intervalos.
2		No próximo intervalo de custo, usando o DCF e os custos no final do intervalo anterior, calcule a árvore de caminho de menor custo. Quando houver várias conexões de entrada, a árvore fornecerá vários caminhos para o mesmo OD. Adicione tudo isso ao caminho definido. Com duas conexões de entrada, pode conter até quatro caminhos. Selecione no conjunto de caminhos os 3 caminhos com menor custo e calcule a probabilidade de escolha aplicando a função de escolha discreta.		No próximo intervalo de custo, usando o DCF e os custos no final do intervalo anterior, calcule a árvore de caminho de menor custo. Adicione apenas o caminho de menor custo ao conjunto. Existem agora (até) dois caminhos no caminho definido. Calcule a probabilidade de escolha aplicando a função de escolha discreta.		Na próxima iteração, para cada intervalo, calcule, usando o DCF e os custos ao final do mesmo intervalo da iteração anterior, a árvore de caminho de menor custo. Adicione apenas o caminho de menor custo ao conjunto. Existem agora (até) dois caminhos no conjunto de caminhos. Divida os veículos igualmente.
3		No próximo intervalo de custo, usando o DCF e os custos no final do intervalo anterior, calcule a árvore de caminho de menor custo. Quando houver várias conexões de entrada, a árvore fornecerá vários caminhos para o mesmo OD. Adicione tudo isso ao caminho definido. Com duas conexões de entrada, pode conter até seis caminhos. Selecione no conjunto de caminhos os 3 caminhos com menor custo e calcule a probabilidade de escolha aplicando a função de escolha discreta.		No próximo intervalo de custo, usando o DCF e os custos no final do intervalo anterior, calcule a árvore de caminho de menor custo. Adicione apenas o caminho de menor custo ao conjunto. Existem agora (até) três caminhos no caminho definido. Calcule a probabilidade de escolha aplicando a função de escolha discreta.		Na próxima iteração, para cada intervalo, calcule, usando o DCF e os custos ao final do mesmo intervalo da iteração anterior, a árvore de caminho de menor custo. Adicione apenas o caminho de menor custo ao conjunto. Existem agora (até) três caminhos no conjunto de caminhos. Divida os veículos igualmente.
4		No próximo intervalo de custo, usando o DCF e os custos no final do intervalo anterior, calcule a árvore de caminho de menor custo. Quando houver várias conexões de entrada, a árvore fornecerá vários caminhos para o mesmo OD. Adicione tudo isso ao caminho definido. Com duas conexões de entrada, pode conter até oito caminhos. Como os dois novos caminhos da árvore de caminhos já existem no conjunto de caminhos, apenas 6 caminhos estão no conjunto de caminhos. Selecione no conjunto de caminhos os 3 caminhos com menor custo e calcule a probabilidade de escolha aplicando a função de escolha discreta.		No próximo intervalo de custo, usando o DCF e os custos no final do intervalo anterior, calcule a árvore de caminho de menor custo. Existem agora (até) quatro caminhos no caminho definido. Selecione no conjunto de caminhos os 3 caminhos com menor custo e calcule a probabilidade de escolha aplicando a função de escolha discreta.		Na próxima iteração, como atingimos o número máximo de caminhos, nenhuma nova árvore de caminho é calculada. O custo dos caminhos do conjunto é recalculado, utilizando o DCF e os custos ao final do mesmo intervalo na iteração anterior. Os veículos são divididos de acordo com o algoritmo MSA, WMSA ou baseado em gradiente.

Como as viagens são atribuídas a cada tipo de caminho de uma só vez?

1. Na geração do veículo, cada veículo recebe um número aleatório pela semente aleatória.
2. O número aleatório é usado para selecionar sua fonte de caminho. Ele decidirá se vai usar uma rota OD definida pelo usuário (se disponível), um caminho do arquivo de atribuição de caminho de entrada (se disponível) ou o método de escolha de rota estocástica para o experimento. Isso é baseado na porcentagem de veículos que estão usando cada fonte.
3. Se o veículo for usar uma rota do arquivo de atribuição de caminho de entrada, o caminho é escolhido de acordo com a probabilidade de cada caminho do arquivo de atribuição de caminho. Isso implica que, se o arquivo de atribuição de caminho foi gerado usando porcentagens de conector ou “usar melhor entrada”, o efeito desses parâmetros influenciará os veículos que usam uma rota do arquivo de atribuição de caminho de entrada.
4. Se o veículo for usar escolha de rota estocástica, o caminho é escolhido de acordo com a probabilidade do caminho dada pelas configurações do conector e pelo algoritmo de escolha de rota.
  1. Se o usuário definiu porcentagens de origem e/ou destino (ou porcentagens iguais), então cada entrada e/ou saída é considerada como um centróide diferente e os caminhos são selecionados usando o algoritmo de escolha de rota de cada par de entrada/saída
  2. Se não for definido nenhum percentual ou “usar melhor entrada”, o caminho definido é criado, e o caminho é escolhido de acordo com as regras descritas na tabela acima para escolha de rota estocástica.

Atribuições estáticas

Em atribuições estáticas, a escolha das conexões de entrada e saída é controlada exclusivamente pelo cálculo do caminho, que é influenciado pelo VDF definido para a conexão. Se não for definido, usará o VDF padrão como custo, que é o tempo de viagem em minutos. Isso usa a velocidade da seção da seção de entrada e a distância do conector para fornecer um tempo de viagem de fluxo livre. Se você estiver usando um custo generalizado no restante do modelo, o VDF da conexão do centróide precisará ser alterado para que seja consistente. Isso pode ser alterado no menu centroide.

Observe que como um macro-meso híbrido é uma atribuição dinâmica, a escolha das conexões é controlada conforme descrito no capítulo anterior.

O que acontece quando você usa a atribuição de caminho de uma execução anterior?

Isso depende do tipo de experimento do arquivo de atribuição de caminho e do tipo de experimento para o qual está sendo usado.

Atribuição estática com entrada de atribuição de caminho estático: a porcentagem dividida entre os caminhos e, portanto, os conectores é dada pela porcentagem atribuída a cada caminho no arquivo de atribuição de caminho para a primeira iteração. As iterações subsequentes alterarão as porcentagens e o caminho definido de acordo com o algoritmo de atribuição estática.
Atribuição estática com entrada de atribuição de caminho dinâmico: você não pode executar uma atribuição estática com um arquivo de atribuição de caminho dinâmico.
Atribuição dinâmica SRC com entrada de atribuição de caminho estático: os veículos que estão usando “atribuição de caminho” como fonte de caminhos seguirão os caminhos e as probabilidades de escolha no arquivo de caminho, o que significa que as porcentagens nas conexões ou usam a melhor entrada não têm efeito sobre eles (eles têm efeito apenas sobre os veículos que seguem um caminho fornecido pela escolha de rota estocástica). Observe que, se não houver viagem entre o par OD na corrida que gerou o arquivo de caminho, o veículo usará a escolha de rota estocástica.
Atribuição dinâmica SRC com entrada de atribuição dinâmica de trajetória: os veículos que estiverem utilizando “atribuição de trajetória” como fonte de trajetória seguirão as trajetórias e probabilidades de escolha no arquivo de trajetória, o que significa que serão afetados pelas porcentagens nas conexões ou use o melhor conjunto de entrada quando o arquivo de caminho foi gerado (os atualmente definidos têm efeito apenas em veículos seguindo um caminho fornecido pela escolha de rota estocástica). Observe que, se não houver viagem entre esse par OD na execução que gerou o arquivo de caminho, o veículo usará a escolha de rota estocástica (portanto, certifique-se de definir a mesma semente aleatória).
Equilíbrio dinâmico do usuário com entrada de atribuição de caminho estático ou dinâmico: os veículos são primeiro divididos de acordo com as porcentagens de origem e/ou destino atualmente definidas (se houver), então o caminho inicial definido e as probabilidades de escolha são lidos do arquivo de caminho (com algumas modificações em caso de configurações inconsistentes: se vem de uma atribuição estática, ou de uma atribuição dinâmica sem porcentagens de conexão, e as conexões atualmente têm porcentagens, as probabilidades de escolha são rebalanceadas para 100% por conector; se vem de uma atribuição dinâmica com porcentagens de conexão, e as conexões atualmente não possuem porcentagens, os primeiros x caminhos para cada OD são tomados e suas probabilidades rebalanceadas para 100%).

Configurações de geometria:

Se um centróide estiver conectado a uma ou mais seções que não estão presentes na exibição ativa atual, a divisão de porcentagem pode não somar 100% para cada combinação de configurações de geometria. Existem várias opções para lidar com esta situação:

Permita que o Aimsun Next defina a porcentagem dividida para todas as seções, definindo os conectores como padrão, as mesmas porcentagens para todos ou usando a melhor entrada.
Se um centróide estiver conectado às seções 1,2,3 em uma configuração e 1,2,4 em outra, certifique-se de que as divisões para 3 e 4 sejam as mesmas.
Edite as seções de conexão para garantir que haja uma única seção comum conectando-se ao centróide para todas as configurações de geometria.
Divida o centroide em um centroide por conexão usando a ferramenta dividir centroide e altere as conexões na configuração da geometria.
Duplique o centroide e edite a demanda e as divisões em diferentes matrizes para cada cópia do centroide. Crie novas Demandas de Tráfego para conter as matrizes editadas e selecione uma Demanda de Tráfego para o cenário que seja consistente com a Configuração de Geometria.