WP-I3: Weiterentwicklung des Multiagentenmodells: intelligente Wegfindung und Verhalten von Fußgängern, Evakuierungssimulationen, und agentenbasierte Fahrzeugemissionen (Schnittstelle zu MATSim)

Projektziele:

Während der ersten Phase von MOSAIK wurde ein Multiagentensystem (MAS) für Fussgänger in städtischen Umgebungen entwickelt. Dieses soll im Arbeitspaket WP-I3.1 mit einem Verkehrsagentensystem (VAS) verbunden werden um Fahrzeuge, bzw. deren Emissionen explizit zu simulieren. In einem ersten Schritt wird das VAS wird an das externe Agentensystem MATSim (WP-I2) gekoppelt und erhält von diesem Informationen über Bewegungsmuster und Emissionsraten (Punktquellen). In einem zweiten Schritt wird das VAS direkt an das Straßennetzwerk in PALM-4U gekoppelt und wird eine autonome (d.h. von MATSim unabhängige) Wegfindung unter Berücksichtigung des Straßennetzes erlauben um idealisierte Simulationen von Verkehrsemissionen durchführen zu können (z.B. für verschiedene Flottenzusammensetzungen in einer Straßenschlucht mit Standardemissionesraten). Mittelfristig ist geplant, das so entwickelte VAS an ein Fahrzeugmodell zu koppeln, so dass die verkehrsinduzierte Turbulenz vom Modell aufgelöst werden kann. Die Entwicklung des Fahrzeugmodells ist Bestandteil von einem laufenden DFG Vorhaben (MA 6383/3-1), so dass hier Synergieeffekte in den nächsten 2-3 Jahren zu erwarten sind.

Die Aufgabe von WP-I3.2 ist die Kopplung des MAS an das Straßennetz, das bereits in PALM-4U für die Demostädte (Berlin, Hamburg, Stuttgart) basierend auf OpenStreetMaps? Daten abgebildet wird und aktuell für Default-Verkehrsemissionen Verwendung findet. Das Konzept der „social forces“, welches im MAS verwendet wird, soll dazu für Straßen weiterentwickelt werden. Straßen – in Abhängigkeit von ihrer Klassifizierung – wirken dabei als abstoßene Kraft auf die Agenten. Dadurch werden diese dazu im Normalfall dazu gezwungen sich auf den Bürgersteigen zu bewegen. Informationen aus OpenStreetMaps? zu Fußgängerüberwegen und Ampeln werden verwendet um durchlässige Bereiche zu definieren, an denen Agenten Straßen überqueren können.

Das MAS soll in WP-I3.3 hinsichtlich demographischer Daten erweitert werden. Dies betrifft im Wesentlichen die Gehgeschwindigkeit. Demographische Eingangsdaten und Bewegungsmuster (in Form von Start-Ziel-Matrizen) für die gesamte Bevölkerung von Berlin und Stuttgart werden von MATSim (WP-I2) bereitgestellt und als Eingangsdaten für das MAS dienen. Es werden Testsimulationen für ein Hitzewellenszenario durchgeführt und biometeorologische Kenngrößen für einzelne Agenten berechnet und analysiert um den demographischen Effekt auf diese Kenngrößen herauszufiltern. Die finale Version des MAS wird den Modul C Partnern für praktische Anwendungen bereitgestellt.

Die individuelle Belastung von Agenten bezüglich Luftschadstoffen wird in Zusammenarbeit mit WP-I1 zum MAS hinzugefügt. Anschließend wird das MAS für verschiedene Testfälle in sogenannten Notfallszenarien angewendet. Das MAS wird dabei in einem umgekehrten Modus benutzt, d.h., die Agenten flüchten auf dem schnellsten Weg von einer definierten Gefahrenquelle (Feuer, Explosion, toxische Schadstoffquelle). PALM-4U wird dazu die Luftströmung und damit die Ausbreitung von toxischen Substanzen bereitstellen, welche die Agenten auf ihrem Fluchtweg von der Gefahrenquelle beeinträchtigen können. Gleichzeitig werden die Agenten durch soziale Kräfte beeinflusst (z.B. niedrigere Gehgeschwindigkeit bei hoher Agentendichte); und sie werden dabei ggfs. den Schadstoffen ausgesetzt. Solche Simulationen haben einen sehr praxisrelevanten Charakter, da existierende Fluchtwegkonzepte in Städten evaluiert bzw. verbessert werden können, etwa bei Sportveranstaltungen oder großen Konzertevents. Die Anwendbarkeit wird zusätzlich mit externen Partnern aus Modul B beurteilt werden (Prof. Ament, Prof. Leitl, Universität Hamburg).

Aufgabenstellung

WP-I3.1: Entwicklung eines Verkehrsagentensystems und Kopplung and MATSim

WP-I3.2: Kopplung des Multiagentenmodells mit dem Straßennetz

WP-I3.3: Berücksichtigung demographischer Daten und Bewegungsmuster

WP-I3.4: Kopplung an Luftchemie und Evakuierungssimulationen

Projektstruktur:

Dieses Arbeitspaket wird von der LUH in Zusammenarbeit mit der TU Berlin (Prof. Kai Nagel) durchgeführt

Zu liefernde Ergebnisse:

DL1 (Monat 12): Verkehrsagentenmodell ist implementiert und an MATSim gekoppelt

DL2 (Monat 21): Multiagentenmodell ist an Straßennetz gekoppelt

DL3 (Monat 27): Multiagentenmodell ist bereit zur Verwendung von Modul C für die Demostädte

DL4 (Monat 29): Schadstoffbelastung von Agenten ist implementiert

DL5 (Monat 36): Evakuierungssimulationen wurden durchgeführt

Bisheriger Fortschritt:

Dr. Ion Matei startet am 1. April 2020 als Projektmitarbeiter.

Referenzliteratur:

Hershberger, J., Snoeyink, J., 1994. An O(nlogn) implementation of the Douglas-Peucker algorithm for line simplification, SCG '94 Proceedings of the tenth annual symposium on Computational geometry, 383-384.

Helbing, D., Molnar, P., 1995, Social force model for pedestrian dynamics. Physical review E, 51(5), 4282.

Karamouzas, I., Skinner, B., Guy, S.J., 2014, Universal Power Law Governing Pedestrian Interactions, Physical Review Letters, 113, 238701.

Kontaktdaten:

maronga[at]muk.uni-hannover.de

raasch[at]muk.uni-hannover.de

matei[at]muk.uni-hannover.de