Simulace parkoviště (Netlogo)

Úvodní odstavec

=Definice problému=

Název: Využití smartphonů k optimalizaci parkování

Autor: Matyáš Svárovský

Typ modelu: Multiagentní

Modelovací nástroj: NetLogo

Popis modelu:

Model bude multiagentní simulací parkoviště. V jednom případě budu modelovat klasické chování řidičů aut, kdy po vjezdu na parkoviště hledají volné místo a zaparkují. Řidiči nevědí, kde se nachází volné místo, ale chtějí stát co nejblíže u východu a podle toho prohledávají parkovací prostor. Druhá varianta zahrnuje smartphone aplikaci, která sleduje aktuálně volná/plná místa a také místa, která budou obsazená. Nově příchozím řidičům poskytne informace o volném parkovacím místě a ti jedou bez hledání přímo do cíle.

Cíl modelu:

Porovnat dva modely - bez/s navigací. Sledovat u každého modelu dobu potřebnou pro nalezení parkovacího místa. Sledovat tento čas také podle velikosti parkoviště a aktuálního počtu aut.

Pozorovat zaplňování parkovacího prostoru v závislosti na době dne (viz parametry) a v závislosti na výjezdech a jejich umístění.

Parametry modelu:
 * Počet parkovacích míst
 * Počet vjezdů/výjezdů
 * Průměrný počet aut na začátku dne, během peak hour, na konci dne

=Metoda=

Jako předlohu jsem si zvolil parkoviště u nákupního centra Bondy v Mladé Boleslavi. Na obrázku 1 je vidět pohled z Google Maps.



Úloha je řešena v programu NetLogo, jedná se o multiagentní simulaci. Auta, přijíždějící na parkoviště, jsou představena agenty (turtle). Auta budou prohledávat prostor a hledat volná místa. V jednom případě prohledávají parkoviště bez znalosti volného místa, pohybují se víceméně náhodně, dokud volné místo nenaleznou. Druhá možnost zahrnuje navigaci v podobě mobilní aplikace, která autům při vjezdu poskytne informace o nejbližším volném místě a auta pak jedou bez hledání přímo na své určené místo.

=Model=

Jako první jsem připravil plán parkoviště, aby se po něm agenti mohli pohybovat. Zhruba podle pohledu z Google Maps jsem plán parkoviště předělal do programu NetLogo jako barevné dlaždice (patches). Šedivé dlaždice představují silnici, po které se auta pohybují. Zelené dlaždice označují volná parkovací místa, červené dlaždice zaplněná parkovací místa. V případě navigace přes mobilní aplikaci jsou oranžově označena ta místa, na která je v současné době navigováno některé z aut. Bílá dlaždice představuje vjezd na parkoviště. Na obrázku 2 je plán (prázdného) parkoviště v NetLogu, na obrázku 3 pak v průběhu simulace. Maximální kapacita parkoviště je 842 vozů.



Z Google Maps jsem dále vyčetl, jak moc bývá parkoviště vytížené. Na obrázku 4 jsou vidět návštěvní časy nákupního centra ve všedních dnech včetně údaje o tom, jak dlouho zde lidé nakupují (20 až 60 minut). Parkoviště je sice využíváno hojně i k jiným účelům - parkují zde zaměstnanci Škoda Auto a poblíž se nachází také autobusové nádraží. V rámci modelu však uvažuji pouze příjezd vozidel za účelem návštěvy nákupního centra.



Nová auta:

Příjezd nových vozidel je řešen dvěma způsoby v závislosti na zaškrtnutí switche s názvem endless. Není-li zaškrtnutý, řídí se příjezd nových vozidel rozložením dle Google Maps (obrázek 4). Nejvíce aut tedy přijíždí mezi 14 až 16. hodinou, poté se začne parkoviště spíše vyprázdňovat. Počet přijíždějících vozidel je zhruba 200 za hodinu na začátku a konci dne, 1500 za hodinu během špičky. V případě aktivace endless módu je příjezd vozidel ovlivněn nastavitelným parametrem cars-hourly. Ten se dá nastavit v rozmezí od 200 do 1500 vozidel za hodinu a dá se měnit v průběhu simulace.

Zaparkovaná auta:

Každé nové vozidlo po příjezdu dostane určenou hodnotu atributu staying-for, která vyjadřuje, jak dlouho zůstane zaparkované. Protože lidé v nákupním centru stráví průměrně 20 až 60 minut, dostane každé auto tuto dobu jako hodnotu z exponenciálního rozdělění se střední hodnotou 40 minut. Jakmile začne parkovat, je s každou iterací simulace odečtena jedna jednotka času (1 iterace = 1 tick = 1 vteřina). Pokud se hodnota dostane na nulu, auto odjíždí. Výjezd z parkoviště není řešen, v rámci simulace nás zajímá jen doba potřebná pro nalezení parkovacího místa, ne pro opuštění parkoviště.

Hledající auta:

Auta, která aktuálně neparkují, hledají volné místo. V případě prvního modelu, bez navigace, nemají žádnou informaci o nejbližším volném místě a jen slepě prohledávají prostor, dokud volné místo neuvidí ve svém nejbližším okolí (okolí 1 dlaždice). V modelu s aktivní navigací je však po příjezdu auta nalezeno nejbližší volné místo (zelená dlaždice) a tato informace je předána agentovi. Místo se označí oranžově, aby bylo poznat, že již není volné, auto je na cestě k tomuto místu. Pro pohyb vozidel není uvažován žádný model konfliktu na silnici - předpokládá se, že se auta navzájem vyhnou, jedou-li proti sobě.

=Výsledky=

Průměrnou dobu potřebnou pro nalezení parkovacího místa shrnuje tabulka 1. Jsou uvedeny 2 varianty, bez navigace a s navigací. Dále jsou tyto hodnoty porovnány jednak v celodenním módu, kdy se příjezd vozidel řídí dle vytíženosti nákupního centra, a také v endless módu, kde je příjezd vozidel dán nastavitelným parametrem.

Zajímavé je se podívat také na celkový počet zaparkovaných vozů za celý den (tabulka 2). Rozdíl je dán tím, že na parkoviště nejsou vpuštěny nové vozy, pokud by počet aut v systému přesáhl maximální kapacitu parkoviště. Pokud tedy řidičí dlouho hledají volné místo, mírně tím omezují celkovou kapacitu parkování.

Jedním z mých cílů bylo také pozorovat vzory během zaplňování parkoviště, jak se liší v závislosti na aktivní navigaci. Na obrázku 5 je stav parkoviště po 2 hodinách bez navigace. Je vidět, že díky náhodné volbě řidičů jsou zaplňovány sice místa blízko u vjezdu, vzor zaplňování je však dost nahodilý. Obrázek 6 představuje situaci po 2 hodinách s aktivní navigací. Zaparkovaná auta tvoří část kruhu se středem ve vjezdu na parkoviště.



=Závěr=

Jak je patrné z kapitoly výsledky, aktivní navigace výrazně snižuje průměrnou dobu potřebnou pro nalezení parkovacího místa. Ušetřený čas je závislý na vytížení parkoviště. V klasickém módu, kde je tato vytíženost dána návštěvností nákupního centra, dochází ke snížení z 99 na 26 vteřin pro nalezení parkovacího místa. V nastavitelném módu pak záleží na počtu přijíždějících aut za hodinu - u menšího počtu je rozdíl nepatrný (12 vteřin vs. 11 vteřin), u velkého počtu je naopak výrazný (128 vteřin vs. 30 vteřin). Velký rozdíl je dán také tím, že bez navigace řidiči skutečně prohledávají prostor slepě bez jakékoli známky inteligence, např. se tedy vracejí i na stejné cesty, které již jednou projeli.

=Kód=