Dylematy przy formułowaniu wymagań dla krótkoterminowych prognoz ruchu dla potrzeb systemów zarządzania ruchem

Trudno sobie wyobrazić aby skuteczne i efektywne zarządzanie ruchem drogowym w trybie on-line było możliwe bez dostępu i ciągłej analizy danych o ruchu w czasie rzeczywistym. Rola oraz znaczenie zaawansowanych analiz ruchu w tym krótkoterminowych prognoz ruchu w zarządzaniu ruchem jest często podkreślana w prezentacjach dostarczycieli niezbędnych urządzeń i aplikacji oraz na konferencjach poświęconych tej tematyce. Za jeden z przykładów może posłużyć prezentacja Dyrektora Centrum Zarządzania Ruchem w obszarze Hessen (jeden z najbardziej uprzemysłowionych i obciążonych ruchem pojazdów rejonów Europy) Dyrektora Gerda Riegelhuth [1], który zwraca szczególną uwagę na istotę analiz i prognoz ruchu trybie on-line do prawidłowego doboru strategii zarządzania ruchem w sytuacjach kryzysowych lub nadzwyczajnych (Rys.1).

Świadomość tą posiada również GDDKiA, która przygotowuje się do organizacji przetargu na Krajowy System Zarządzania Ruchem. W ramach wspomnianych przygotowań GDDKiA podpisała umowę ze Stowarzyszeniem ITS Polska dotyczącą wspólnego opracowania pakietu Specyfikacji Technicznych w ramach prac specjalnie utworzonych grup ekspertów.
Jedna z grup ekspertów, której przewodniczącym jest Prof. Wojciech Suchorzewski, a w której pracach jestem mocno zaangażowany i mam przyjemność pełnić funkcję sekretarza ma nazwę „Aplikacje dedykowane do krótko i długo terminowych prognoz ruchu”, a jej zadaniem jest: sformułowanie wymagań dla komputerowych modeli ruchu i innych narzędzi informatycznych wykorzystywanych przy prognozowaniu ruchu dla celów zarządzania ruchem. Zdefiniowanie  horyzontów czasowych prognoz krótko i długoterminowych oraz  obszarów i sieci drogowych objętych prognozami ruchu oraz zakresu niezbędnych danych z badań i pomiarów ruchu oraz innych źródeł.
Mając na uwadze odpowiedzialność jaka spoczywa na członkach grupy uznałem, że najbliższy Kongres ITS będzie odpowiednim miejscem do przedstawienia dotychczasowych wyników pracy grupy i podzielenia się niektórymi dylematami z którymi zmaga się zespół ekspertów opracowujący stosowane wymagania.
Dylematy towarzyszące pracy ekspertów nad sformułowaniem wymagań dla komputerowych modeli ruchu i innych narzędzi informatycznych wykorzystywanych przy prognozowaniu ruchu dla celów zarządzania ruchem wynikają z analizy dotychczasowych krajowych doświadczeń w tym względzie. Niestety nie napawają one zbytnim optymizmem. Zbudowane w ostatnich latach systemy zarządzania ruchem w polskich miastach dopracowywane są głownie z zakresie sterowania ruchem i monitoringu (nie licząc systemów będących w fazie budowy). Niestety ocena pozostałych elementów systemów zarządzania ruchem nie wypada najlepiej w tym: reagowanie na sytuacje kryzysowe. W niektórych miastach praca w centrach zarządzania ruchem zaczyna się o godz. 7:30 i kończy o 16:30 w dniach powszednich, czyli zaczyna się już w trakcie szczytu porannego, a kończy jeszcze w trakcie szczytu popołudniowego. O sytuacjach kryzysowych, które zdarzają się w dniach wolnych od pracy pracownicy centrum dowiadują po dniach wolnych od pracy.
Sytuacja taka rodzi dylemat czy warto jest stawiać wymagania, które będą skutkowały wydatkiem ogromnych środków budżetowych na narzędzia do zbierania i analizowania danych o ruchu w trybie on-line jeżeli mogą pojawić się problemy kadrowe i możliwości systemu nie będą w pełni wykorzystywane?
Doświadczenia krajowe nie napawają optymizmem również w zakresie informowania użytkowników poprzez znaki o zmiennej treści oraz strony internetowe. Negatywnym przykładem w tym względzie może być Zintegrowany System Zarządzania Ruchem w Warszawie (ZSZR). Informacje o aktualnych warunkach  ruchu na sieli ulicznej prezentowane w Internecie nie zawsze zgadzają się stanem faktycznym (Rys. 2). Sytuacja taka może zniechęcać użytkowników z korzystania z takich informacji i powoduje kolejny dylemat zdefiniowania wysokich wymagań na etapie budowy systemu i ponoszenia adekwatnych kosztów. Jeżeli później po oddaniu systemu nie będzie wykonywana należyta rutynowa kontrola podawanych informacji i ich zgodności ze stanem faktycznym, to czy warto inwestować w drogie urządzania i systemy.
Początkowo ZSZR w Warszawie miał wykonywać również krótkoterminowe prognozy ruchu podobnie jak wykonywane są w Systemie Zarządzania Ruchem w Berlinie (Rys. 3), który jest jednym z najbardziej zaawansowanych systemów w Europie. Jednak ostatecznie w Warszawie nie udało się tego zrealizować takiej funkcjonalności i informacje o prognozowanych warunkach ruchu nie są przedstawiane użytkownikom.

Rys. 2 Informacja o warunkach ruchu w ZSZR w Warszawie poprzez stronę Internetową (źródło: http://zszr.zdm.waw.pl/)

Rys. 3 Przykład dostarczania informacji o aktualnych i prognozowanych warunkach ruchu z Berlina (źródło: http://www.vmz-info.de)

Na etapie projektowania i budowy ZSZR przedstawiano podsystem znaków o zmiennej treści, jako ten, który będzie stanowił wizytówkę systemu. Niestety również w tym przypadku rzeczywistość zweryfikowała negatywnie przyjmowane założenia. Informacje podawane kierowcom nie mają specjalnej przydatności. Na przykład informacje podawane o zatłoczeniach na poszczególnych odcinkach Wisłostrady nie mają praktycznego znaczenia, gdyż kierowcy praktycznie i tak nie mają innego wyjścia i dalej muszą jechać Wisłostradą lub dostają informację o utrudnieniach w sytuacji kiedy o tym już dobrze wiedzą z sytuacji na drodze i poruszają się już w kolejce pojazdów (Rys. 3). Informacja o zatłoczeniu mająca na celu zasugerowanie wybranie innej trasy musiałaby zawierać również informację o potencjalnych objazdach i występujących na nich warunkach ruchu.  Szczytach komunikacyjnych kiedy kierowcy mają obawy, że inne trasy również mogą być zatłoczone nie reagują na podawane informacje o zatłoczeniu trasy którą aktualnie jadą. Mając na uwadze, że znaki o zmiennej treści nie mogą wyświetlać komunikatów nie zatwierdzonych wcześniej przez Inżyniera Ruchu, więc ich skuteczność w sytuacjach awaryjnych jest mocno ograniczona (cały czas nie udało się nawiązać współpracy pomiędzy Inżynierem Ruchu, a Centrum ZSZR) należy wymagać budowy zaawansowanego i drogiego systemu znaków o zmiennej treści nie mając pewności czy będzie on później w efektywny sposób wykorzystywany oraz czy podawane informacje będą przydatne kierowcom. Na uwagę zwraca fakt, że w naszym kraju do tej pory nikt nie przeprowadził badań nad czytelnością i rozumieniem przez kierowców informacji dostarczanych  poprzez systemy o zmiennej treści. Nie ma również wytycznych jak formułować komunikatów by były zrozumiałe dla kierowców. Przykładem dobrej praktyki może być Instytut BAST, który prowadził ponad dwu letni program badawczy w  ramach którego między innymi oceniano sposób formułowania komunikatów w różnych krajach. Postawiono sobie za cel opracowanie wytycznych przy stosowaniu których wyświetlane komunikaty będą zrozumiałe nie tylko dla osób znających język niemiecki.

Rys. 4 System znaków o zmiennej treści w ZSZR w Warszawie, dyskusyjna efektywność (źródło: http://zszr.zdm.waw.pl/)

Jednym z często dyskutowanych dylematów jest sprawa własności i dostępności do modeli ruchu, które będą tworzone przez przyszłego wykonawcę KSZR. Już na pierwszym spotkaniu grupy roboczej za jeden z najważniejszych postulatów zgłoszonych przez ekspertów było wymaganie, by wszystkie opracowywane formuły i modele ruchu były dokładnie opisane oraz co najważniejsze mogły być w formie nadającej się do ich udostępniania poprzez GDDKiA instytucjom naukowym do prowadzenia prac badawczych oraz dalszej pracy nad ich udoskonalaniem.
Początkowo sprawa ta nie budziła kontrowersji i na pierwszym spotkaniu panował zgodność ekspertów co do sformułowania takiego wymagania. Jednak na ostatnich spotkaniach część przedstawicieli potencjalnych wykonawców oprotestowała ten postulat sugerując, że takie wymaganie może spowodować, że niektórzy potencjalni wykonawcy mogą nie wystartować w przetargu z uwagi na ochronę ich własności intelektualnej.
Sprawa z pozoru błaha urasta do dość poważnego problemu ponieważ w sytuacji kiedy wykonawca nie będzie musiał udostępnić zastosowanych modeli ruchu i rdzeń systemu (sposób wykonywania analiz i prognoz ruchu) sprowadzi do działającej tzw. „czarnej skrzynki” zapewni sobie monopol na aktualizowanie modeli, wykonywanie funkcji operatorskich. Dodatkowo zabezpieczy się przed dokładnym sprawdzeniem i weryfikacją wykonanych modeli ruchu oraz uzyskiwanych wyników. Będzie to niewątpliwie sytuacja bardzo komfortowa dla przyszłego wykonawcy i będzie stawiała go w uprzywilejowanej pozycji w stosunku do zamawiającego.
Jednym z podstawowych ustaleń jest propozycja, by prognozy ruchu były wykonywane dla trzech horyzontów czasowych:

• horyzont długoterminowy: od 4h do 12 miesięcy – prognozy dla dowolnie wybranej godziny,
• horyzont średnioterminowy: od 1h do 4h – prognozy dla wszystkich godzin wykonywane automatycznie oraz
• horyzont krótkoterminowy: od stanu bieżącego (prognoza „0”) do 1h w interwałach co 15 minut.

Ustalono, że przyszły wykonawca na potrzeby wykonywania prognoz średnio i długoterminowych będzie mógł dostosować Krajowy Model Ruchu, który będzie mu udostępniony przez GDDKiA. Krajowy Model Ruchu do czasu wyłonienia zwycięzcy przetargu zostanie zaktualizowany niemniej jednak wykonawca będzie odpowiadał za ewentualne dalsze jego uaktualnienia i dostosowania na potrzeby KSZR.
Opracowano procedury (Rys. 5 i 6), które mogą być wykorzystane przez wykonawcę przy wykonywaniu średnio i długoterminowych prognoz ruchu i prezentacji wyników na stronie internetowej systemu oraz wykorzystywane przez operatora systemu (Rys. 7).

Rys. 5 Procedury do wykonywania długoterminowych prognoz ruchu

Rys. 6 Procedury do wykonywania średnioterminowych prognoz ruchu

Rys. 7 Przykład wykonywania prognozy ruchu poprzez stronę internetową systemu zarządzania ruchem (źródło: http://www.trafficengland.com)

Krajowy Model Ruchu przed przekazaniem wykonawcy powinien być zweryfikowany i uaktualniony przez GDDKiA w następującym zakresie:

• podział na rejony komunikacyjne,
• rozkład przestrzenny podróży, motywacje i kategorie pojazdów,
• podział na typy odcinków, przepustowość odcinków, prędkości w ruchu swobodnym pojazdów,
• parametry funkcji do obliczeń prędkości w zależności od natężenia ruchu,
• procedury wprowadzania LOP i ich uwzględniania przy określaniu warunków ruchu,
• wartości    VOT oraz VOC dla poszczególnych typów pojazdów i motywacji podróży,
• wskaźniki komfortu i stawki opłat dla poszczególnych typów dróg.

Wykonawca w przypadku wykorzystania modelu pomimo jego uaktualnienia będzie musiał zweryfikować i uaktualnić go we własnym zakresie tak, by mógł być wykorzystany do realizacji zadań w KSZR.
Uznano, że jednym z najważniejszych elementów średnio i długoterminowego prognozowania ruchu jest skorelowanie modelu z bazą danych o  planowanych remontach, zmianach organizacji ruchu oraz występowania imprez masowych (Rys. 8, 9 i 10).

Rys. 8 Przykład informowania o bieżących i przyszłych zdarzeniach mogących mieć wpływ na warunki ruchu na sieci drogowej, źródło: http://www.trafficengland.com

Rys. 9 Przykład legendy mapy dostępnej na stronie internetowej systemu zarządzania ruchem, na której użytkownicy mogą sprawdzić bieżące i planowane utrudnienia w ruchu, źródło: http://www.trafficengland.com

Rys. 10 Przykład informowania użytkowników poprzez stronę internetową o planowanych remontach i zamknięciach odcinków oraz planowanych imprezach masowych, źródło: http://www.trafficengland.com

Model ten będzie musiał być zapisany w formacie/formatach, które będą umożliwiały jego późniejsze przekazywanie do GDDKiA.
Przyjęto, że model będzie mógł być dopuszczony do wykorzystywania w KSZR jeżeli będzie spełniał co najmniej kryterium GEH na 85% odcinków w sieci, a poszczególne elementy modelu będą uzgadniane z GDDKiA. Trwają prace nad ustaleniem wymogu co do kalibracji rozkładu długości podróży.
Ustalono również, że w przypadku krótkoterminowych prognoz ruchu stosowane będą modele ruchu z których każdy będzie odpowiadał za realizację innych zadań (Rys. 11):

• model opierający się na formułach i danych on-line o prędkościach pojazdów na sieci drogowej. Zadaniem modelu będzie obliczanie czasów przejazdu, które będą podawane na znakach o zmiennej treści;
• model opierający się o klasyczne modelowanie ruchu, który będzie służył do badania alternatywnych strategii przez operatora systemu w przypadku wystąpienia sytuacji kryzysowych lub nadzwyczajnych.

Nie zostały jeszcze zakończone dyskusje na sformułowaniem wymagań dla modeli, które będą stosowane do krótkoterminowego prognozowania ruchu. Za jedne z pierwszych ustaleń przyjęto, że model obliczający średnie czasy przejazdu samochodów osobowych, które będą podawane na znakach o zmiennej treści będzie  powinien być dokładny w zakresie +/- 20%, natomiast model do badania alternatywnych strategii zarządzania ruchem powinien prawidłowo określać warunki ruchu (przyjęto 3 poziomy) na 85% liczby odcinków (Rys. 12).

Rys. 11 Przykład przedstawiania wyników krótkookresowych prognoz ruchu

Rys. 12 Dotychczasowe ustalenia odnośnie wymagań dla modeli do krótkoterminowego prognozowania ruchu

Literatura

[1] G. Riegelhuth “The Role of Hessen Traffic Centre in Ensuring Mobility”. i2TERN – Intelligent Infrastructure for the Trans European Road Network – Vienna, September 2004.

O autorze:

Tomasz Dybicz jest absolwentem Politechniki Warszawskiej. Ma doświadczenie w wykonywaniu prac naukowo-badawczych, studialnych i projektowych. Jest ekspertem w zakresie przestrzennych baz danych, modelowania ruchu w skali mikro i makro oraz wykonywaniaprognoz ruchu w miastach i na drogach zamiejskich. Od 2000 r. jest asystentem w Instytucie Dróg i Mostów Politechniki Warszawskiej, a od 2003 r. – partnerem w TransEko sp.j.