Il software S-PARAMICS S-paramics, prodotto dalla società

Il software S-PARAMICS
S-paramics, prodotto dalla società scozzese SIAS (http://www.sias.co.uk) 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 SPARAMICS 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
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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
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“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,
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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
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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-PARAMICS 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 carat5|7
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)
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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 istruziIn 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
essere
rimborsate le spese di trasferta.
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 CLIENTE1
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, 8 - 20121
Tel: +39 02 6231191
Fax: +39 02 62311950
[email protected]
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 pratoltre al rimborso delle spese di trasferta.
CAGLIARI
Via Solmi, 45 - 09129
Tel. 070 275939
Fax 070 2082381
e-mail: [email protected]
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