Kalibrace modelu VISSIM pro simulaci dopravního proudu na komunikacích 2+1

Abstract

Silnice 2+1 představují efektivní a bezpečnější řešení pro mezi městské silnice, jelikož přídavné pruhy umožňují bezpečnější předjíždění bez nutnosti vjíždět do protisměru. Problém na těchto silnicích předstahují oblasti zúžení, kde dochází k přechodu ze dvou jízdních pruhů do jednoho. Tento přechod může vést k náhlému zpomalení vozidel a snížení kapacity komunikace. Pro zlepšení plánování a hodnocení bezpečnosti tohoto typu infrastruktury je nezbytné porozumět složitému chování řidičů během předjíždění a zařazování a umět jej realisticky simulovat. Tato diplomová práce zkoumá, do jaké míry je možné kalibrovat mikroskopický simulační model PTV VISSIM 2024 tak, aby věrně replikoval provozní podmínky na silnici typu 2+1. Pro simulaci byla použita reálná data z provozu na dvoupruhovém úseku silnice E18 ve Švédsku. Vozidla byla rozpoznána na 4 senzorech, což umožnilo zisk rádoby kontinuálních dat. Na základě těchto dat byly vytvořeny, kalibrovány a validovány čtyři simulační modely. Proces kalibrace zahrnoval citlivostní analýzu parametrů, optimalizaci parametrů, implementaci nástroje na snížení rychlosti v oblasti zužování a použití COM rozhraní pro dynamickou úpravu chování vozidel. Základní model M0 s výchozím nastavením parametrů nedokázal realisticky simulovat provoz vykazoval nadměrné množství předjíždějících vozidel a výskyt kongescí. Model M1 s kalibrovanými parametry zlepšil využití mezi jízdních pruhů a plynulost zařazování v zúžení. Model M2 využil implementaci Reduced Speed Area, čímž došlo ke zlepšení replikace rychlosti v oblasti zužování. Model M3 byl rozšířen o dynamické úpravy Desired Speed vozidel při předjíždění prostřednictvím COM rozhraní a nejlépe odpovídal datům naměřeným v reálném provozu. Práce dochází k závěru, že realistická simulace provozu na silnicích typu 2+1 vyžaduje nejen optimalizaci modelových parametrů, ale i rozšíření chování řidičů pomocí COM rozhraní. Zároveň však poukazuje na nedostatky jako je riziko přeučení modelu na konkrétní dataset a nutnost detailních dat z reálného provozu. Vyvinutá metodika ukazuje možnost věrné simulace dynamiky předjíždění a zařazování a představuje pevný základ pro budoucí výzkum i aplikaci na širší silniční síť.

2+1 roads represent a cost-effective and safety-enhancing design for rural highways, offering alternating overtaking lanes that reduce the need for dangerous passing maneuvers into oncoming traffic. However, a persistent operational concern on these roads is the merging area, where the transition from two lanes to one may result in sudden deceleration and reduced capacity. Understanding and replicating the complex driver behavior associated with overtaking and merging is essential for improving the planning and safety evaluation of such infrastructure. This thesis investigates the extent to which the microscopic traffic simulation software PTV VISSIM 2024 can be calibrated to accurately simulate traffic operations on a 2+1 road. Using cross-sectional field measurements from a two-lane segment of the E18 highway in Swedenwhere individual vehicles were tracked across multiple sensorsthe thesis builds, calibrates, and validates a series of progressively refined simulation models. The calibration process incorporates parameter sensitivity analysis, parameter optimization, the usage of the network object reducing the speed in the merging area, and the use of the COM interface for dynamic adjustment of vehicle behavior. Four models were evaluated. The baseline model M0 (with default values of parameters) failed to replicate real-world traffic conditions, exhibiting excessive overtaking and congestion. M1 introduced calibrated behavioral parameters, improving lane usage and merging. M2 incorporated speed adjustments via the Reduced Speed Area, improving alignment with observed speed distributions in the merging area. M3 implemented dynamic speed modifications for overtaking vehicles through the COM interface, yielding the closest replication of the Field Data. The thesis concludes that accurately modeling traffic operations on 2+1 roads requires not only the optimization of model parameters but also the implementation of behavioral extensions through the COM interface. Nevertheless, it also highlights challenges such as overfitting to specific datasets and the necessity for detailed Field Data. The developed methodology demonstrates the feasibility of modeling overtaking and merging dynamics and provides a robust foundation for further research and application to broader road networks.