Multi-objective optimalisatie Doelfuncties en testcase Luc Wismans Goudappel Coffeng / Universiteit Twente lwismans@goudappel.nl / L.J.J.Wismans@ctw.utwente.nl 06-22232508
Inhoud Onderzoek Doelen Keuzen Framework Doelfuncties Amelo Input Indicatoren Afweging doelen Testcase Inhoud Doelen Resultaten Verder onderzoek
Research: Goals Objectives aligned and/or opposite Optimal solutions differ using different objective functions (other objectives, combined objectives) Robustness of optimal solutions
Research: Choices Measures Use of DTM measures affecting supply Optimization of objectives combined road authorities: Congestion Air quality Climate Noise Traffic safety Use of Bi-level approach: Upper level objective function Lower level behavioral effects road users Use of macroscopic dynamic traffic model Use of heuristics in optimization process
Research: Framework Measures Effect models Behavioral effects Objective function(s) Constraints Optimization methods
Doelfuncties Almelo Algemeen Stakeholder(s) Gezamenlijke wegbeheerders Doelen Maximaliseren bereikbaarheid en minimaliseren externe effecten Niet triviaal
Doelfuncties Input Onder andere workshop TRANSUMO 22 mei beschikbare beleidsnotities Gemeentelijk Verkeers- en Vervoersplan (GVVP) Masterplan Almelo Nota Mobiliteit (NoMo) Provinciaal Verkeers- en Vervoersplan (PVVP) Regionaal Mobiliteitsplan (RMP) Ruimtelijke Ontwikkelingsvisie 2030 Structuurplan Almelo Milieubeleidsplan Almelo Twente Mobiel
Doelfunctie In woorden Bereikbaarheid Gebruik wegen volgens wegencategorisering Met name goede bereikbaarheid voor inwoners Almelo Lucht en Geluid Beperken van emissies Met name daar waar nu problemen zijn Klimaat: Beperken emissies Veiligheid: Minimaliseren van het aantal letselongevallen
Doelfunctie Bereikbaarheid Gebruik wegen volgens wegencategorisering: Externe relaties zo lang mogelijk op stroomwegen Benutten van ringstructuur Bereikbaarheid Minimaliseren vertragingen Specifiek op relaties I-I, I-E (OS) en E-I (AS)
Doelfunctie Bereikbaarheid 1. Minimaliseer: F=som(vrtkm etw ) Nevenvoorwaarde: Som(vrtkm)<a*Som(vrtkm 0 ) 2. Minimaliseer: som(vvu EE +VVU IE_a+r +VVU EI_o+r + b*(vvu II +VVU IE_o +VVU EI_a ) Voorbeeld: a = 1,5 en b = 2
Doelfunctie Lucht Beperken emissies: Minimaliseren lokale concentraties: Met name daar waar veel blootgestelden zijn Waar nu problemen zijn Plesmanweg Weezebeeksingel Gericht op emissies PM 10 en NO x Voor concentraties zeer veel informatie nodig Achtergrondconcentraties redelijk gelijk Voldoen aan de norm betekent niet dat er geen gezondheidsproblemen zijn Samenhang blootgestelden en invloed omgeving op verspreiding
Doelfunctie Lucht Beperken emissies: Minimaliseren van de maximale wegvakemissie NO x en PM 10 per lengte-eenheid Minimaliseren van de totale emissie NO x en totale emissie PM 10 waarbij de emissie gewogen wordt naar wegtype en onderscheid wordt gemaakt in drie wegtypen: Weg in sterk verstedelijkt gebied (WTa) Weg in verstedelijkt gebied (WTb) Weg in buitengebied (WTc) Randvoorwaarde: emissies op de Plesmanweg en Weezebeeksingel niet hoger dan in de uitgangssituatie.
Doelfunctie Lucht 1. Minimaliseer: max(emissie wegvak /Lengte wegvak ) 2. Minimaliseer: som(a*emissie WTa +b*emissie WTb +c*emissie WTc ): Nevenvoorwaarde: Emissie Plesmanweg Emissie Plesmanweg_0 en Emissie Weezebeeksingel Emissie Weezebeeksingel_0 Voorbeeld: a = 3, b = 2 en c = 1 (obv verdunningsfactor SRMI)
Doelfunctie Geluid Beperken emissies: Minimaliseren lokale geluidbelasting: Met name daar waar veel blootgestelden zijn Waar nu problemen zijn Oostenlijke kant buitenring Gericht op geluidsemissie Voor verspreiding zeer veel informatie nodig Samenhang blootgestelden en invloed omgeving op verspreiding
Doelfunctie Geluid Beperken emissies: Minimaliseren van de maximale uurwegvakemissie (de bronsterkte) Minimaliseren van de gemiddelde emissie waarbij de emissie gewogen wordt naar weglengte en gecorrigeerd wordt naar wegtype en onderscheid wordt gemaakt in drie wegtypen: Weg in sterk verstedelijkt gebied (WTa) Weg in verstedelijkt gebied (WTb) Weg in buitengebied (WTc) Randvoorwaarde: emissies op oostelijke deel van de buitenring niet hoger dan in de uitgangssituatie.
Doelfunctie Geluid 1. Minimaliseer: max(emissie wegvak,uur ) 2. Minimaliseer: Gemiddelde L (Emissie WTa - a+emissie WTb -b+emissie WTc -c) Nevenvoorwaarde: Emissie Oostkant_buitenring Emissie Oostkant_buitenring_0 Voorbeeld: a = 7, b = 10 en c = 13 (obv afstandsterm SRMI)
Doelfunctie Klimaat Beperken emissies: Minimaliseren emissies: Alleen totale emissie is van belang 1. Minimaliseer: som(emissie wegvak )
Doelfunctie Veiligheid Minimaliseren letselongevallen Minimaliseren expositie en (gemiddeld) risico Minimaliseer: som(letselongevallen)
Afweging doelen Compensatie C(a) F(a) G(a) Pareto set F(a) C(a) Globaal locaal optimum G(a) a
Afweging doelen MCA Standaardiseren en richten Tov referentie Schalen tussen (vastgestelde) min en max Wegen Rangschikken Onzekerheid Gevoeligheid KBA Monetariseren (wegen) Rangschikken Onzekerheid Gevoeligheid
G_F(a) Afweging doelen F(a) Bepalen boven- en ondergrens Lager dan 0 is 0 Hoger dan 1 is 1 Lineaire interpolatie Prioritering aspecten 1. Veiligheid 2. Milieu (Klimaat, Lucht en Geluid) 3. Bereikbaarheid
Afweging doelen Waarbij geldt dat: Z: Doelfunctie onveiligheid Y: Doelfunctie klimaat V enw: Doelfuncties Geluid P en H: Doelfuncties Lucht F en G: Doelfuncties Bereikbaarheid
Test case Contents Demand Case study 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 VMS Traffic light City Lane drop 09.00 09.15 09.30 09.45 08.45 08.30 Flow (pcu/h) 06.00 06.15 06.30 06.45 07.00 07.15 07.30 07.45 08.00 08.15 Time Passenger Cars Heavy vehicles
Test case Contents
Test case Objectives Objective Accessibility Traffic safety Climate Air quality Noise Measure Total travel time (Hours) Total number of injuries Total amount of CO 2 -emissions (Ton) Total amount of NO x emissions (Kg) Total amount of PM 10 emissions (Kg) Average sound power level at the source/ emissions (db(a))
Test case Hoe berekend? Verkeersveiligheid Risicocijfers per wegtype Klimaat Discrete emissiefuncties per voertuigtype gebaseerd op files en emissies Luchtkwaliteit Discrete emissiefuncties per voertuigtype per wegtype gebaseerd op CARII en studie lucht voor 10! Geluid Continue emissie functie per voertuigtype gebaseerd op SRMI
Test case Results Different global optima for different objective functions Multiple optima present There are solutions improving all objectives, when comparing to the reference case When combining objective functions, solution is close to optimum climate
Test case Results Objectives can be opposite and can be aligned Dependent of measure and network Optimizing traffic systems is ultimately a public policy decision Index (1=reference case) 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1 0.9 Total travel time Outcome objective functions Relative compared to reference case Speed limit highway 120 km/h Capacity Traffic Signal Rural road 1,500 pcu/h Total amount of NOx emissions Total amount of PM10 emissions Total amount of CO2 emissions Total number of injuries Average sound power level 0.8 Reference Cap = 1500 Cap = 1400 Cap = 1300 Cap = 1200 Cap = 1100 Cap = 1000 Variant Cap = 900 Cap = 800 Cap = 700 Cap = 600 Cap = 500
Further research Fine tuning measures/individual objective functions Combining objectives/behaviour of objective functions Optimization Extending case study more dynamics more measures larger network/other networks
Questions