Il software S-PARAMICS

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1 Il software S-PARAMICS S-paramics, prodotto dalla società scozzese SIAS ( è uno dei più moderni software per la microsimulazione dinamica dei fenomeni di traffico. La possibilità di simulare le componenti di traffico ed i fenomeni di congestione che ne possono derivare, gestendo il risultato dei calcoli effettuati tramite una rappresentazione in real time sia bidimensionale sia tridimensionale, deriva da più di un decennio di lavoro integrato tra sviluppatori software ed ingegneri dei trasporti. Partendo dalla descrizione della rete stradale è possibile implementare un modello con numerosi elementi di dettaglio, come tutte le tipologie di intersezione (rotatorie, semafori, precedenze), la descrizione dei servizi di trasporto pubblico, le caratteristiche comportamentali dei conducenti, le caratteristiche di tutti i veicoli (accelerazione, decelerazione, ingombri geometrici ). È evidente come questo si traduca nella costruzione di un modello altamente raffinato in grado di considerare tutte le variabili che determinano i fenomeni di congestione ad ogni livello di rete stradale. S-PARAMICS è l unico software in grado di consentire la costruzione di modelli di assegnazione dinamica su reti di dimensione praticamente illimitata. Nessun prodotto concorrente offre un analogo livello di funzionalità e un così elevato numero di caratteristiche. S-PARAMICS permette anche agli utenti non esperti di verificare scenari del tipo cosa succede se ed analizzare in tempo reale i risultati, in ter-mini di flussi di traffico, formazione di code e generazione di fenomeni di congestione. S-PARAMICS è il software di microsimulazione dinamica più utilizzato nel Regno Unito è permette di raggiungere standard qualitativi elevatissimi. I dati necessari per sviluppare un modello di traffico con il software S- PARAMICS non si discostano né qualitativamente né quantitativamente da quelli normalmente richiesti da altri software di microsimulazione (conteggi, analisi delle code, geometrie stradali ) garantendo al contempo un risultato molto più affidabile. A garanzia del corretto approccio scientifico e del funzionamento del prodotto deriva dall elevato numero di casi studiati dalla casa madre SIAS in questi anni, a partire dall analisi di singole intersezioni fino a modelli di scala urbana per verificare i più svariati temi legati alla pianificazione stradale e dei trasporti, quali: - Analisi e sincronizzazione di intersezioni semaforizzate; - Verifica delle geo metrie delle rotatorie; - Verifica dell introduzione di corsie riservate; - Fenomeni di code a onda nelle autostrade; - Dimensionamento di rampe ed accessi in funzione del traffico e delle 1 7

2 eventuali code; - Processi di regolamentazione della sosta e del traffico urbano e introduzione di elementi di moderazione del traffico; - Processi di cantierizzazione stradale; - Reazione degli utenti all introduzione di pannelli a messaggio variabile; - Gestione delle aree di sosta; Inoltre è possibile valutare temi non tradizionali, come: - Effetto indotto dagli incidenti sul traffico; - Effetto indotto dalla presenza di ciclisti e pedoni sul traffico; - Gestione di servizi di emergenza, con progettazione di schemi viari e piani semaforici asserviti a determinate tipologie di utenza; - Presenza di veicoli lenti in realtà rurali; - Fenomeni sul traffico indotti da manifestazioni di piazza; - Controllo delle emissioni; Naturalmente oltre alle rappresentazioni grafiche S-PARAMICS permette di ottenere report sia statistici che numerici dal livello di area complessiva fino al livello del singolo veicolo per singolo istante di marcia, fornendo quindi strumenti estremamente efficaci per la validazione e la calibrazione del modello di traffico implementato, elementi indispensabili per garantire una corretta risposta in fase simulativi. Software di grande successo nel Regno Unito è distribuito in forma esclusiva in Italia da Systematica. I PRINCIPI DELLA MICROSIMULAZIONE IN S-PARAMICS La rapida crescita della tecnologia informatica di questi anni ha reso possibile sviluppare programmi in grado di considerare numerose variabili contemporaneamente. Anche nel campo della pianificazione dei trasporti questa evoluzione ha portato alla implementazione di software in grado di considerare le variabili che agiscono su un sistema di mobilità ad un livello di dettaglio mai valutato prima. Processori ad alte prestazioni e a basso costo permettono di sviluppare modelli di microsimulazione di traffico praticamente senza limitazione di scala (da singole intersezioni a reti stradali nazionali). Il programma S-PARAMICS, inventato e sviluppato da SIAS Ltd, è un modello di traffico in cui gli elementi da considerare in sintesi sono due: da un lato l offerta di trasporto (la rete stradale e i mezzi di trasporto collettivo) e dall altro la domanda di mobilità (quantità di spostamenti che chiedono di utilizzare l offerta di trasporto in un definito periodo temporale) Questo software è caratterizzato da un sofisticatissimo modello di car-following e di lane-changing, da funzioni di scelta del percorso ottimale ad apprendimento dinamico e dalla possibilità di integrare sistemi di trasporto intelligenti, oltre che dalla possibilità di interfacciarsi direttamente a strumenti di regolazione automatica del traffico, quali i sistemi per la gestione di impianti di semafori coordinati SNTP. Si ha la possibilità di introdurre i sistemi di trasporto pubblico e valutare la loro influenza sulle altre componenti di traffico sia durante la fase di marcia che presso le fermate, nonché simulare sistemi di semafori asserviti al passaggio di mezzi pubblici. LE CARATTERISTICHE DEI VEICOLI E GUIDATORI In S-PARAMICS il movimento di ciascun veicolo è governato da tre modelli distinti ed interagenti tra loro, il modello di vehicle following, il modello di 2 7

3 gap acceptance ed il modello di lane changing. La dinamica veicolare è un elemento relativamente semplice ed in sintesi è una combinazione delle caratteristiche dei veicoli (cinematiche, dinamiche e geometriche) e delle caratteristiche dell utente. Questi modelli vengono applicati simultaneamente a livello di ogni singolo veicolo. Durante la simulazione il comportamento di ogni veicolo viene valutato istantaneamente e viene preso in esame un complesso insieme di variabili che determinano il suo compor-tamento: quale è la velocità massima che il veicolo in esame può raggiungere sull arco che sta percorrendo (determinata dalla caratteristiche dell arco, dalle caratteristiche fisiche del veicolo e dalle caratteristiche comportamentali del guidatore)? Quale è la posizione e la velocità del veicolo che precede quello considerato? Quale è la posizione e la velocità di tutti i veicoli presenti nell intersezione e con quale diritto di precedenza? Vi è la necessità di fermarsi o girare presso l intersezione? Vi è la necessità di obbedire a impianti semaforici? Esiste un intervallo sufficiente (gap) in termini di tempo e distanza tra i veicoli di un flusso di traffico entro il quale deve immettersi, o che deve attraversare, il veicolo in esame? Vi è la necessità di accelerare per cambiare di corsia? Vi è la presenza di mezzi di trasporto pubblico che devono fermarsi? È possibile superare veicoli lenti che precedono il veicolo in esame? Esistono limiti amministrativi a cui obbedire? Come nella realtà le caratteristiche dei veicoli non sono uniformi, così come non è uniforme il comportamento dell utente. S-PARAMICS consente di definire alcuni parametri che determinano il processo di simulazione. Per quanto riguarda i veicoli le caratteristiche determinanti sono di tre tipi: - fisiche, quali le caratteristiche geometriche del veicolo e di eventuali rimorchi, il peso dei vari elementi, il numero e la localizzazione degli assi; - dinamiche, che regolano il processo di accelerazione e decelerazione, con particolare attenzione alle caratteristiche che regolano il comportamento dei mezzi pesanti lungo percorsi in pendenza; - generali, che definiscono caratteristiche base dei veicoli, quali il tipo di motore (determinante per l analisi degli inquinanti emessi), la possibilità di compiere percorsi predefiniti (come per i bus, in cui il processo di scelta del percorso è disattivato) e lo scopo dello spostamento. Per quanto riguarda gli utenti è possibile definire il loro comportamento, espresso come aggression (aggressività) e awareness (conoscenza della rete). Questi fattori influenzano, durante il processo simulativo, il parametro di gap acceptance del guidatore, il modo con cui i guidatori reagiscono alle azioni degli altri veicoli in rete, e come percepiscono le caratteristiche della rete stessa in termini di cambio di corsia e sorpasso. Questi elementi, associati ai parametri perturbation e familiarity dei veicoli, permettono di caratterizzare il processo di assegnazione. LE CARATTERISTICHE DEGLI ARCHI E DEI NODI Una rete di S-PARAMICS è sinteticamente riconducibile ad un insieme di nodi connessi da archi che rappresentano il sistema stradale. Gli archi possono essere classificati in categorie tipologiche, e ad ogni categoria vengono associati numerosi parametri, geometrici, fisici e modellistici, che ne determinano l utilizzo durante il processo di simulazione. In relazione alle caratteristiche geometriche e fisiche ad ogni categoria è possibile associare la larghezza, il numero di corsie, la velocità di percorrenza massima e la pendenza. È inoltre possibile associare parametri modellistici, 3 7

4 tra cui funzioni di costo e di pedaggio, caratteristiche di utilizzo (possibilità di definire gli archi come Major e Minor ossia appartenenti a percorsi principali o secondari), caratteristiche localizzative (ambito Urbano o Suburbano), limitazioni all uso da parte di alcune categorie veicolari (per tipo, per sagoma, per altezza, per peso..), possibilità di eseguire sorpassi, visibilità all intersezione. Un nodo può essere un punto dove cambia anche solo una caratteristica della strada: l andamento planialtimetrico, l ampiezza, il limite di velocità, il numero di corsie o la presenza di corsie riservate. Un nodo può rappresentare l intersezione di due o più strade con la conseguente descrizione della regolazione delle precedenze al nodo stesso. La geometria del nodo è elemento determinante per valutare la velocità con cui la manovra di uscita da una arco ed immissione nel successivo avviene. Ai nodi di intersezione fra strade possono essere associate diverse tipologie, quali precedenze, rotatorie, semafori a ciclo fisso, semafori attuati dai veicoli. IL PROCESSO DI ASSEGNAZIONE In S-PARAMICS ogni volta che un veicolo si immette in un arco esso valuta la scelta del percorso che minimizza il suo costo generalizzato. La scelta del percorso viene fatta durante il processo di simulazione sulla base di specifiche tabelle calcolate, normalmente, all inizio del processo di assegnazione contenenti informazioni relative al tempo di spostamento previsto per tutti i percorsi possibili dall arco alla zona di destinazione finale. Ovviamente queste tabelle dei percorsi tengono in debito conto dei possibili limiti all uso di parte della rete (per esempio per archi riservati al trasporto pubblico). Inoltre vengono definite due distinte tabelle dei percorsi possibili per utenti definiti come Familiar o Unfamiliar. Gli utenti a conoscenza elevata della rete (Familiar) considerano tra i percorsi validi anche tutte quelle alternative che prevedono l uso di rete con caratteristiche secondarie rispetto ai percorsi principali. Gli utenti a bassa conoscenza della rete (Unfamiliar) considerano come validi solo i percorsi sugli archi principali. Un elemento determinante che rende S-PARAMICS uno strumento estremamente efficace è la possibilità di impostare il calcolo delle tabelle dei percorsi non come rigido, ma come elemento dinamico (feedback). Questo fa si che i costi di spostamento (e quindi i percorsi) siano ricalcolati continuativamente nel corso della simulazione tenendo in debita considerazione i fenomeni di congestione ai nodi e sugli archi,modificando con-seguentemente le possibili scelte degli utenti. L ANALISI DEI RISULTATI Al termine del processo di assegnazione S-PARAMICS permette di valutare i risultati tramite un grande numero di report sintetici. È possibile analizzare dati di rete complessivi, quali la velocità media di percorrenza in ogni minuto della simulazione, il numero di veicoli presenti in rete in ogni minuto ella simulazione, la velocità media cumulata, il tempo speso in rete da tutti i veicoli Definiti alcuni percorsi di particolare interesse ai fini simulativi, è possibile analizzare i dati specifici, quali il tempo di spostamento minimo, massimo e medio, il numero di veicoli che effettua quello spostamento, le tipologie dei veicoli. Naturalmente è possibile effettuare analisi sui singoli archi, per l intero periodo simulato o per sottoperiodi temporali; per ogni manovra della rete e, in sintesi, per ogni arco il modello fornisce dati relativi al numero totale di veicoli passanti. Viene inoltre riportato il tempo cumulato speso, la lunghezza 4 7

5 d arco, la velocità media e il numero di veicoli presenti nell arco. A livello di dettaglio ancora maggiore è possibile conoscere, per ogni veicolo circolante in rete, i dati di Zona Origine e zona di destinazione, la tipologia del veicolo, la distanza percorsa, l ora di arrivo, il tempo speso e l uso di carburante, la velocità di marcia istante per istante Ulteriore elemento di grande interesse è l analisi delle code: la rappresentazione grafica permessa dall ultima versione consente di evidenziare il numero minimo, medio e massimo di veicoli in coda in modo estremamente efficace, sia per singoli archi, sia per percorsi definiti dall utente. ANALISI DELLE EMISSIONI I termini inquinante ed inquinamento sono spesso usati in maniera impropria: tecnicamente i veicoli emettono sostanze nocive che hanno l effetto potenziale di compromettere la qualità dell aria nel caso in cui si superino determinate concentrazioni. S-PARAMICS permette di generare per ciascun veicolo presente in rete realistici dati di emissioni in relazione a diversi parametri, quali il tipo di motore (cilindrata) tipo di alimentazione (benzina o diesel), accelerazione, decelerazione, velocità di percorrenza. Per ogni interfallo di simulazione il modello interroga un sofistico database prodotto dal TRL (Tran-sport Research Laboratory) contenete le informazioni necessarie per valutrare le emissioni del veicolo analizzato in base alle sue caratteristiche. Il database di riferimento usato in S-PARAMICS contiene informazioni relativamente alle seguenti sostanze nocive: - Monossido di Carbonio (CO) - Biossido di Carbonio (CO2) - Parti volatili delle benzine (idrocarburi, VOC, PAH) - Ossidi di Azoto (NOx) - Particolato (PM10) Tutti le sostanze sono quantificate in termini di milligrammi al secondo (mg/s) ad eccezione del par-ticolato, espresso in termini di microgrammi al secondo (µg/s). Inoltre il database permette di valutare il consumo di carburante in millilitri al secondo (ml/s). Il database del TRL permette di valutare il particolato in relazione ai soli motori diesel, principale fonte di tale sostanza. S-PARAM- ICS permette di associare ai veicoli simulati ben otto tipi di motori: (meno di 1400 cc, non catalitiche e catalitiche, tra 1400 cc e 2000 cc non catalitiche, catalitiche e diesel, oltre 2000 cc non catalitiche, catalitiche e diesel). Poiché S-PARAMICS lavora alla scala microscopica, esso è in grado di valutare le emissioni indotte dall arresto di un veicolo a causa della presenza di passaggi pedonali o di dossi rallenta traffico, con-frontandolo con gli effetti derivanti da una marcia normale a bassa velocità. Questo elemento è de-terminante ai fini della definizione di strategie di traffic calming in ambito urbano. Queste caratteristiche distinguono S-PARAMICS da tutti gli altri software per la simulazione dei tra-sporti nel campo delle analisi delle emissioni. DOTAZIONE HARDWARE Il software S-PARAMICS richiede per un funzionamento ottimale di caratteristiche hardware riscontrabili nei Personal Computer normalmente in commercio. Systematica e SIAS mettono a disposizione la loro espe-rienza per consigliare gli utenti nell acquisto o nell aggiornamento delle periferiche hardware su cui installare il software. Di seguito vengono riassunte le carat- 5 7

6 teristiche suggerite per un ottimale funzionamento del programma. PROCESSORE Non è richiesto nessun requisito particolare: S-PARAMICS opera con qualsiasi PC con processore Intel. CPU & MOTHERBOARD La casa madre SIAS raccomanda un processore minimo PIII a 400Mhz. Un processore più veloce consente simulazioni più rapide. S-PARAMICS inoltre è in grado di gestire processori paralleli. MEMORIA La richiesta di memoria dipende strettamente dalla dimensione del modello simulato. È raccomandata una dotazione minima di 128 Mb di RAM. La maggior parte dei PC di Systematica su cui usiamo S-PARAMICS ha 256/512 Mb di RAM USO DEL DISCO FISSO Il software S-PARAMICS richiede 50 Mb per la sua installazione, oltre ad una analoga quota per il software Exceed necessario al suo funzionamento. SCHERMO E SCHEDA GRAFICA Un utilizzo ottimale di S-PARAMICS richiede una risoluzione dello schermo di 1280 x 1024 a 16-bit di colo-re.la scheda grafica è la chiave per un uso efficente del modello. Si richiede l uso di schede compatibili al 100% con lo standard 3D Open GL, con almeno 32 Mb di memoria. I computer di Systematica sono dotati di schede ATI Radeon 7500 con 64 Mb di RAM e NVDIA GEFORCE MX 420 con 64 Mb di RAM SISTEMA OPERATIVO S-PARAMICS è disponibile per Windows. È stato testato con Windows 95/98, Windows 2000, Windows NT, Windows XP e Windows 7 32/64 bit. CHIAVE DI PROTEZIONE HARDWARE S-PARAMICS usa una chiave di protezione per il controllo della licenza. Attualmente tali chiavi vengono for-nite su supporto USB. SOFTWARE DI SUPPORTO S-PARAMICS per Windows richiede il software Hummingbird Exceed X Window server con le estensioni 3D. LINGUA DI SISTEMA Il software S-PARAMICS è sviluppato in lingua inglese. Per un corretto funzionamento su PC con imposta-zioni internazionali italiane è necessario introdurre la variabile di sistema LANG cui associare il valore C (impostazioni pannello di controllo sistema variabili d ambiente variabili di sistema) 6 7

7 CORSI DI ISTRUZIONE Tutti i proprietari di una licenza di S-PARAMICS sono tenuti ad eseguire un corso di istruzione prima di poter usufruire dei servizi di supporto e manutenzione. Per l Italia Systematica è l unica società autorizzata ad ef-fettuare tali corsi di istruzi- In particolare ogni ente deve individuare almeno un membro del proprio staff cui far seguire un corso di for-mazione all uso del software base. Solo in tal modo si avrà diritto ad accedere ai servizi di supporto e ma-nutenzione. Esistono diverse opzioni relative all esecuzione dei corsi di istruzione, che riportiamo di seguito: CORSO BASE Corso della durata di tre giorni rimborsate le spese di trasferta. essere Durante il corso si apprenderà: Giorno 1: Presentazione del software S-PARAMICS, delle sue funzionalità intersezioni a precedenza, semaforizzate e a rotatoria). Giorno 2: rete, come intersezioni a livelli sfalsati, rotatorie di sagoma e dimensione anomala, rampe e corsie di ingresso/egresso da assi di scorrimento veloce Giorno3: Processi di assegnazione, gestione degli output numerici e statistici, esempi pratici, gestione del servizio di supporto e manutenzione via web. Il docente di Systematica mostrerà esempi pratici per illustrare alcune caratteristiche, quali l utilizzo di basi raster, le funzioni di vehicle tracing, la simulazione degli incidenti e altre caratteristiche del software. 1. Tutte le attrezzature hardware necessarie per l esecuzione del corso devono essere predisposte dall utente CORSO BASE E WORKSHOP PRESSO LA SEDE DEL CLIENTE 1 massimo di quattro partecipanti oltre al rimborso delle spese di trasferta. Il contenuto del corso per i primi tre giorni è analogo a quanto proposto nel corso base presso la sede del cliente, mentre nei giorni 4 e 5 verrà analizzato e sviluppato in gruppo un progetto reale deciso dal cliente. CORSO ADVANCED Distribuito da: SYSTEMATICA S.P.A. MILANO Via Lovanio, Tel: Fax: milano@systematica.net CAGLIARI Via Solmi, Tel Fax cagliari@systematica.net sostenuto un corso base di apprendere alcune metodologie avanzate di utilizzo del software S-PARAMICS, tra cui: semafori Attuati dai Veicoli, ottimizzazione semaforica, processi di stima matriciale, generazione di report, soluzioni prat- - oltre al rimborso delle spese di trasferta. 7 7