A systematic approach for microscopic models based on cellular automata for road traffic

• Autorzy: Valente Eduardo , Avram Camelia , Astilean Adina , Machado José

Identyfikatory

DOI

10.7862/tiam.2022.1.2

Warianty tytułu

PL

Systematyczne podejście do modeli mikroskopowych opartych na automatach komórkowych dla ruchu drogowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The transportation infrastructure is one of the most important resources for a country's economic and social well-being. The effectiveness of a country's street network will decide whether it develops further or stagnates. With the increasing number of vehicles on the road and the effects of urbanization, traffic roads are being subjected to a variety of requests and uses for which they were not designed, sized, or predicted. Because of the critical relevance of traffic roads, research must begin to lessen the effects of traffic jams in the streets, determine the appropriate number of traffic lanes, and integrate real-time traffic information into GPS systems. The goal of modeling a traffic-road system is to either build new traffic systems or gain a better knowledge of existing traffic systems so that they can be optimized. The accuracy, performance, stochastic and dynamic behavior of the model produced will be evaluated using a simulation of a genuine traffic system. This paper provides microscopic models based on cellular automation to replicate the behavior of various automobiles on a set of urban streets in Cluj Napoca city downtown. This model includes streets with multiple traffic lanes, various types of vehicles such as automobiles, buses, and trams, intersections with multiple possible upcoming streets controlled by traffic lights, bus stops inside and outside the traffic lane, tram stops inside the traffic lane, pedestrian crosswalks, and parking areas alongside and transversely with the right traffic lane of a street. TCA (Traffic Cellular Automata) is a proposed model that produces adequate findings in urban traffic theory. The results were obtained in both free-flow and traffic-jam conditions.

PL

Infrastruktura transportowa jest jednym z najważniejszych zasobów zapewniających dobrobyt gospodarczy i społeczny kraju. Skuteczność sieci ulic danego kraju zadecyduje o dalszym rozwoju lub stagnacji. Wraz z rosnącą liczbą pojazdów na drogach i skutkami urbanizacji, drogi drogowe są przedmiotem różnych wymagań i zastosowań, do których nie zostały zaprojektowane, zwymiarowane ani przewidziane. Ze względu na krytyczne znaczenie dróg, badania muszą zacząć łagodzić skutki korków na ulicach, określić odpowiednią liczbę pasów ruchu i zintegrować informacje o ruchu drogowym w czasie rzeczywistym z systemami GPS. Celem modelowania układu ruch-droga jest albo zbudowanie nowych układów ruchu, albo uzyskanie lepszej wiedzy o istniejących układach ruchu, aby można je było zoptymalizować. Dokładność, wydajność, zachowanie stochastyczne i dynamiczne wytworzonego modelu zostaną ocenione za pomocą symulacji rzeczywistego systemu ruchu. W tym artykule przedstawiono mikroskopowe modele oparte na automatyzacji komórkowej w celu odtworzenia zachowania różnych samochodów na zbiorze miejskich ulic w centrum miasta Cluj Napoca. Model ten obejmuje ulice z wieloma pasami ruchu, różnego rodzaju pojazdy, takie jak samochody, autobusy i tramwaje, skrzyżowania z wieloma możliwymi zbliżającymi się ulicami sterowanymi przez sygnalizację świetlną, przystanki autobusowe wewnątrz i poza pasem ruchu, tramwaje przystanki wewnątrz pasa ruchu, pieszy przejścia dla pieszych oraz parkingi wzdłuż i w poprzek z prawym pasem ruchu ulicy. TCA (Traffic Cellular Automata) to proponowany model, który daje odpowiednie wyniki w teorii ruchu miejskiego. Wyniki uzyskano zarówno w warunkach swobodnego przepływu, jak i w korku.

Słowa kluczowe

EN

urban traffic theory; cellular automaton; simulation; modeling; traffic elements

PL

teoria ruchu miejskiego; automat komórkowy; symulacja; modelowanie; element ruchu

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej ; Sieć Badawcza Łukasiewicz - Warszawski Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Technologia i Automatyzacja Montażu
• Rocznik: 2022
• Tom: nr 1
• Strony: 14--27
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., il. kolor., wykr.

Twórcy

autor

Valente Eduardo

• University of Minho; MEtRICs Research Center; Campus of Azurém; 4800-058 Guimarães; Portugal

autor

Avram Camelia

• Technical University of Cluj Napoca, Cluj Napoca, Romania

• https://orcid.org/0000-0002-7394-5051

autor

Astilean Adina

• Technical University of Cluj Napoca, Cluj Napoca, Romania

autor

Machado José

• University of Minho, MEtRICs Research Center; Campus of Azurém; 4800-058 Guimarães; Portugal

• https://orcid.org/0000-0002-4917-2474

Bibliografia

• [1] Alur, R., Dill, D.L., ”A Theory of Timed Automata,” In Theoretical Computer Science, vol. 126, 183-235, 1994.
• [2] Behrmann, G., David, A., Larsen, K.G. “A tutorial on UPPAAL”. In Proceedings of the 4th international school on formal methods for the design of computer, communication, and software systems (SFM-RT’04). LNCS 3185, 2004.
• [3] Chowdhury, D., Santen, L.; Schadschneider, A., “Statistical physics of vehicular traffic and some related systems,” Physics Reports, v. 329, pp. 199-329, 2000.
• [4] Clark, J., Daigle, G., “The importance of simulation techniques in its research and analysis”, Proceedings of the 1997 Winter Simulation Conference, USA, 1997.
• [5] Daigle, G., Clark, J., "The Importance of Simulation Techniques In Its Research And Analysis," in Winter Simulation Conference, pp. 1236-1243, 1997.
• [6] Hanumappa, D., Ramachandran, P., "Cellular Automata Model for Mixed Traffic Flow with Lane Changing Behavior", Modelling and Simulation in Engineering, vol. 2021, 2021.
• [7] Lima, E.B., “Modelos microscópicos para simulação do tráfego baseados em autômatos celulares.”, Dissertação de Mestrado em Computação, Universidade Federal Fluminense, Niterói, Brazil, 2007.
• [8] Lindberg, T., Peterson, A., Tapani, A., “A simulation model of local public transport access at a railway station”, RaillLille 2017, International Conference on Railway operations modeling and analysis, pp. 922-944, 2017.
• [9] May A.D., “Traffic Flow Fundamentals”, Prentice Hall, 1997.
• [10] Nagel, K., Schreckenberg, M., “A cellular automaton model for freeway traffic”, Journal de Physique I, France, pp. 2221-2229, 1992.
• [11] Nguyen, J., Powers, S.T., Urquhart, N., Farrenkopf, T., Guckert, M., “An overview of agent-based traffic simulators”, Transportation Research Interdisciplinary Perspectives, Volume 12, 2021.
• [12] Regragui, Y., Moussa. N., “A Cellular Automata Model for Urban Traffic with Multiple Roundabouts”, Chinese Journal of Physics, Physical Society of the Republic of China, 2018.
• [13] Rodaro, E., Yeldan, O., “A multi-lane traffic simulation model via continuous cellular automata”, 2018.
• [14] Rothery, R., et all “Traffic flow theory. Transportation Research Board (TRB)”, Special Report, pp. 165, 1998.
• [15] Tian, J., Zhu, C., Jiang, R., “Cellular automata approach to synchronized traffic flow Modelling”, 2018.
• [16] Vaandrager, F., “A First Introduction to Uppaal”, Institute for Computing and Information Sciences, Radboud University Nijmegen, Netherlands.
• [17] Valente, E., Avram, C., Machado, J., Aştilean, A., "An Innovative Approach for Modelling Urban Road Traffic Using Timed Automata and Formal Methods", Jour. Of Advanced Transportation, vol. 2018, Article ID 6269526, 15 pages, 2018.
• [18] Vico, F.J., Basagoiti, F.J., García-Platas, R., Lobo, D., “Modelado y simulación del tráfico en vías urbanas y periurbanas en base a la estimación de tiempos de recorrido”, ETSI Informática, Universidad de Málaga and Tecnologías Viales Aplicadas, TEVA, SL, Malaga, 2005.
• [19] Zhao, H.T., Zhao, X., Jian-Cheng, L., Xin, L.Y., “Cellular automata model for Urban Road traffic flow Considering Internet of Vehicles and emergency vehicles”, Journal of Computational Science, Volume 47, 2020.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).