Roteamento de caminhões com funções personalizadas de escolha de rota

Maio de 2023 — Nota técnica nº 80

Dimitris Triantafyllos

Especialista de produto sênior

Background

O congestionamento do tráfego continua sendo um dos maiores pontos problemáticos na gestão logística. Para os profissionais de logística, o atraso relacionado ao congestionamento causa custos operacionais adicionais (excesso de consumo de combustível, horas extras de trabalho etc.), menor confiabilidade do tempo de viagem, insatisfação do cliente, maior impacto ambiental e segurança reduzida para motoristas e carga.

O planejamento eficiente das rotas de veículos comerciais pode contribuir para reduzir o impacto do congestionamento nos prazos de entrega. Os operadores logísticos geralmente fornecem aos motoristas sistemas de orientação de frota que os auxiliam na tomada da melhor decisão ao escolher uma rota. Você pode modelar esse comportamento do caminhão no software de modelagem de mobilidade Aimsun Next. Damos-lhe a possibilidade de codificar uma função de escolha de rota personalizada que fornece a probabilidade de escolha de cada uma das rotas disponíveis: as calculadas com base nos custos durante o(s) intervalo(s) anterior(es), as lidas a partir de um arquivo de caminho de entrada, por exemplo produzido com uma atribuição de Equilíbrio Dinâmico do Usuário (DUE), ou mesmo Rotas OD predefinidas no Aimsun Next.

Exemplo

Uma empresa de transporte de caminhões que presta serviços de transporte de itens especializados decidiu atualizar sua frota de caminhões de um Sistema de Navegação Base (NS Base), que apenas sugere uma Rota OD fixa, para um Sistema de Navegação Avançado (NS Avançado), que sugere a rota com o menor custo atual entre uma seleção de rotas possíveis (predefinidas no Aimsun Next).

A demanda de tráfego é composta por 2 matrizes OD (Carro, Caminhão) com início às 08h00 e duração de 2 horas. Em relação à Atribuição Dinâmica de Tráfego (DTA) de Carros e Caminhões:

Para o tipo de veículo Carro: em ambos os cenários (NS Base e NS Avançado), Carro pode usar os caminhos do arquivo Dynamic User Equilibrium APA (probabilidade 70%) ou do cálculo Stochastic Route Choice (SRC) (probabilidade 30%). Para mais detalhes, consulte Atribuição de Tráfego Dinâmico – Manual do Usuário do Aimsun Next .
Para o tipo de veículo Caminhão: no cenário Base NS, os veículos pesados sempre seguirão uma Rota OD predefinida específica (Main OD Route), enquanto no cenário Avançado NS os veículos pesados podem escolher entre um conjunto de Rotas OD aplicando uma Escolha de Rota personalizada função na Atribuição Dinâmica de Tráfego. Neste caso a função irá comparar os custos de viagem calculados em cada uma das Rotas OD disponíveis e irá atribuir os caminhões à rota com o menor custo estimado nos 5 minutos anteriores. Os custos para cada rota serão atualizados a cada intervalo de escolha de rota (5 min).

No caso de um evento inesperado, a entrega da mercadoria sofrerá um atraso significativo com a Base NS. Ocorreu um incidente às 08h15 com duração de 60 min no percurso que os caminhões estão designados a seguir. O incidente é uma Estratégia de Gerenciamento de Tráfego > Incidente de Seção fechando 2 de 2 faixas na rodovia.

Neste exemplo, vamos nos concentrar em uma única rota Origem-Destino específica.

Base NS

O sistema de navegação atual fornece ao motorista do caminhão uma única rota de OD designada do centróide de origem denominado: Vic ao centróide de destino denominado: Ribes , independentemente das condições de tráfego atuais nessa rota. Assim, 100% dos Caminhões farão esse trajeto.

A Figura 1 mostra as matrizes OD na demanda de tráfego (08h00-10h00) para os tipos de veículo Carro e Caminhão e para a matriz OD para o tipo de veículo Caminhão, a porcentagem 100% atribuída à Rota OD Principal no Caminho Guia de atribuição para Origin Vic e Destination Ribes . Para obter mais informações sobre como definir porcentagens para várias rotas OD, consulte OD Matrices – Aimsun Next Users Manual .

Figura 1

Para atribuir a Rota OD Principal a 100% dos Caminhões:

Abra o experimento dinâmico
Vá para a guia Atribuição de tráfego dinâmico
Em Rotas Fixas, defina as Seguintes Rotas OD para Caminhões como 100%.

A Figura 2 mostra como definir 100% das Rotas OD no DTA.

Figura 2

Conforme explicado, ocorrerá um incidente na autoestrada das 08h15 às 09h15, fechando 2 das 2 faixas. A Figura 3 mostra a principal rota designada dos caminhões para aquele par OD e o local do incidente.

Figura 3

Como resultado:

30% dos carros (aqueles que seguem caminhos SRC) podem ser reatribuídos para seguir rotas alternativas.
100% dos Caminhões ficarão presos na via expressa aguardando a liberação do evento.

No vídeo a seguir, você confere a propagação da fila por tipo de caminho. Caminhões exibidos com a cor laranja são designados para seguir uma única Rota OD.

Avançado NS

No cenário Sistema Avançado de Navegação, foram adicionadas duas novas Rotas OD alternativas. Essas novas rotas OD foram projetadas para calcular as maneiras mais confiáveis, compatíveis, econômicas e econômicas para os caminhões chegarem aos seus destinos no caso de um evento inesperado na rota. Todas essas rotas foram definidas no Aimsun Next como objetos OD Route. Antes da partida do caminhão, o sistema de navegação Advanced NS recomendará uma das rotas designadas, a rota com o menor custo nos últimos 5 minutos (estamos usando a função de custo padrão em todos os links). A Figura 4 mostra as 2 Rotas OD alternativas de Vic a Ribes.

Figura 4

Neste exemplo, criamos uma nova função Route Choice onde:

Os caminhões serão designados para seguir a Rota OD com menor custo observado nos últimos 5 minutos entre as 3 Rotas OD designadas.
Para os Carros que seguirão o SRC (30% de probabilidade) para este par Origem e Destino, uma função logit é aplicada.
Para os Carros que seguirão os caminhos DUE APA (probabilidade 70%), eles ainda seguirão os caminhos DUE no arquivo APA com os percentuais variando em cada intervalo de escolha da rota.

Para ativar as 3 Rotas OD designadas:

Abra a Matriz OD de Caminhão
Ir para a guia Atribuição de caminho
Filtro por Origem (Vic) e Destino (Ribes)
Atribua um valor > 0 às 3 Rotas OD que pretende avaliar os custos. Valor não importa.

Figura 5

Para criar uma nova função Route Choice:

1. Acesse a pasta Demand Data no menu Project.
2. Crie uma nova função na pasta Funções > Clique com o botão direito do mouse > Novo > Função.
3. Em Tipo de Função, selecione a opção “Escolha de Rota”.

Figura 6

Abaixo você encontrará a função Route Choice usada neste exemplo. Para obter mais informações sobre como definir suas próprias funções personalizadas de escolha de rota, consulte Funções de custo – Manual do usuário do Aimsun Next .

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import math
def rcf( context, manager, origin, destination, pathsRC, pathsOD, pathsAPA, indexPath ):

# get the vehicle type name from GKFunctionCostContext and for Trucks
    if context.getVehicle().getName() == "Truck":
        print("indexPath: "+str(indexPath)+", vehicle: "+str(context.getVehicle().getName()) + ", origin: "+ str(origin.getId()) +", destination: "+str(destination.getId())+ ", pathsRC: "+str(len(pathsRC))+", pathsOD: "+str(len(pathsOD))+", pathsAPA: "+str(len(pathsAPA)) )
        # exclude all RC and APA file routes. The range of indexPath is 0 to the sum of the length of pathRC, pathOD, and pathAPA lists.
        if indexPath < len(pathsRC) or indexPath>=len(pathsRC)+len(pathsOD):
            return 0
        indexPathOD = indexPath-len(pathsRC)
        # number of the OD Routes
        numPaths = len(pathsOD)
        # path to assess
        pIP = pathsOD[indexPathOD]
        # calculate cost of the current path
        costIP = -pIP.getSPCurrentCost(manager, context.userClass.getDTAVehicleType())/3600.0
        # iterate through all paths except the current path
        for j in range(numPaths):
            if j!=indexPathOD:
                # calculate cost of the rest of the paths
                costJ = -pathsOD[j].getSPCurrentCost(manager, context.userClass.getDTAVehicleType())/3600.0
                # examine if the new cost is greater than the cost of the main path
                if costJ < costIP:
                    # if yes, there is another path with lower cost, so this path should get a probability of 0
                    return 0
        # there is no other path with lower cost, so this path must be chosen by all trucks (probability of 1)
        return 1

# for the rest of the vehicle types (Car), apply a logit as in the base scenario
    else:
        # set the scale factor equal to the scale factor in the base scenario
        scaleFactor = 4
        numPaths = len(pathsRC)
        prob=0
        if indexPath<numPaths:
            aux = 0
            pIP = pathsRC[indexPath]
            # calculate cost of the current path
            costIP = -pIP.getSPCurrentCost(manager, context.userClass.getDTAVehicleType())/3600.0
            # iterate through all paths except the current path
            for j in range(numPaths):
                if j!=indexPath:
                    # Calculate cost of the rest of the paths
                    costJ = -pathsRC[j].getSPCurrentCost(manager, context.userClass.getDTAVehicleType())/3600.0
                    # Apply the logit function
                    aux = aux + math.exp((costIP-costJ)*scaleFactor)
            # Calculate probabilities
            prob = 1.0/(1.0+aux)
            return prob
        else:
            return 0

Para habilitar a função Route Choice no DTA:

Abra o experimento dinâmico.
Vá para a guia Atribuição de tráfego dinâmico.
Em Stochastic Route Choice Model, selecione a opção: User-Defined.
Selecione a guia Parâmetros.
Em Available Functions selecione a “Função Route Choice”.

Observe que na janela Rotas Fixas, a porcentagem de Seguir Rotas OD para os Caminhões deve ser definida como 0%, caso contrário, Caminhões com essa porcentagem seguirão a % atribuída na matriz OD (neste exemplo: 1%-1%-1%).

A Figura 7 mostra como habilitar o uso da função Route Choice.

Figura 7

Verifique como os caminhões serão atribuídos à rota de menor custo entre as 3 Rotas OD designadas disponíveis em caso de incidente na autoestrada.

A Figura 8 mostra como o reencaminhamento de caminhões para Rotas OD alternativas designadas pode reduzir significativamente o comprimento da fila e antecipar condições perigosas de tráfego na rede.