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Diplomarbeit

Entwicklung eines Visualisierungs- und Konfigurationswerkzeug für einen verteilten Verkehrssimulator in BeeJamA

Mahmut Can

Motivation

Im Rahmen des BeeJamA-Projektes wird am Lehrstuhl 3 ein verteiltes adaptives Multiagenten-System zur dezentralen Online-Verkehrsplanung entworfen. Ziel des Projektes ist es, die maximale Auslastbarkeit des vorhandenen Straßenverkehrsnetzes zu steigern, indem der Verkehr unter Berücksichtigung der aktuellen Verkehrssituation intelligent auf verfügbare Straßen verteilt wird. Zu diesem Zweck wird ein dezentral arbeitender adaptiver Routingalgorithmus entwickelt, der, auf Basis der durch die Navigationsgeräte in den einzelnen Fahrzeugen gesammelten Daten, ein Bild der aktuellen Verkehrssituation entwirft und die Fahrzeuge entsprechend dieser Informationen dynamisch routet. Der BeeJamA-Routingalgorithmus basiert auf Konzepten, die dem Verhalten von Honigbienen bei der Suche nach und der effizienten Ausbeutung von Nektarquellen nachempfunden wurden.

Modelliert wurde ein Straßensystem, welches Verkehrswege unterschiedlicher Kapazitäten berücksichtigt und in einem geeigneten Graph darstellt. Das Systemmodell besteht aus zwei unterschiedlichen Ebenen, wie in Abbildung 1 gezeigt. Die tatsächlich vorhandene Straßentopologie wird in Bereiche eingeteilt und auf der ersten Ebene (Bereichsebene) auf einen Graphen abgebildet, wobei die Kanten Straßen und die Knoten mögliche Verzweigungen darstellen. Jeder Bereich wird von einem Navigator verwaltet, der Informationen über Fahrzeuge sammelt und bewertet, und anschließend weitere Routingvorschläge an das Fahrzeug zurücksendet. Das Routing zwischen Bereichen erfolgt auf der zweiten Ebene (Netzebene). Hier werden die Bereiche als Knoten dargestellt. Kanten verlaufen zwischen benachbarten Bereichen und stellen logische Verbindungen zwischen Bereichen dar. Folglich werden auf der Netzebene alle Verbindungen zwischen zwei benachbarten Bereichen durch eine einzige Kante dargestellt und entsprechend nur einmal bewertet.

Thema

Im Zuge der Weiterentwicklung des BeeJamA-Routingalgorithmus ist es erforderlich, umfangreiche Simulationen durchzuführen, auf Grundlage derer das BeeJamA-System analysiert und mit herkömmlichen Verkehrsleitsystemen verglichen werden kann. Zu diesem Zweck wird am Lehrstuhl 3 ein verteilt arbeitender Verkehrssimulator entwickelt, der in der Lage ist, große Verkehrsnetze (z.B. das vollständige Straßennetz des Ruhrgebietes) zu simulieren. Der Simulator arbeitet mit einem Verkehrsmodell auf Basis eines Zellularautomaten und setzt auf das Java Multi-Agenten-System Jade auf. Als Datenbasis sollen die (Open Source) Straßendaten des OpenSteetMap-Projektes verwendet werden.

Der Simulator soll in dieser Arbeit um eine geeignete Komponente zur Visualisierung und Konfiguration des simulierten Systems ergänzt werden. Die Komponente soll es einerseits ermöglichen, den Simulationsvorgang in Echtzeit zu visualisieren, so dass das Verhalten des BeeJamA-Systems durch Anpassung verschiedener Parameter zur Laufzeit untersucht werden kann (z.B. Anzahl und Fahrverhalten der Fahrzeuge, Verkehrszustände, Fundamentaldiagramme für ausgesuchte Bereiche, Navigationsbereiche und zuständige Navigatoren, etc.). Andererseits soll die Visualisierung Möglichkeiten bieten, komplexe Verkehrsszenarien zu konfigurieren, danach getrennt von der Visualisierung durchführen zu lassen und später erstellte Log-Dateien zu visualisieren. Hierbei soll es insbesondere möglich sein, Verkehrsprofile über längere Zeiträume zu konfigurieren und solche Konfigurationen wiederholt durchzuführen. Schließlich soll der Simulator so erweitert werden, dass aussagekräftige Ausschnitte aus einer Simulation zu Präsentationszwecken wiedergegeben werden können, ohne dass dazu die Simulations-Engine benötigt wird. Bei der Umsetzung soll nach Möglichkeit auf vorhandene Bibliotheken bzw. Softwareprojekte für das Rendering von OpenStreetMap-Karten aufgesetzt werden.

 Aufgaben
  • Analyse vorhandener Softwareprojekte und -bibliotheken zum rendern von OpenStreetMap-Daten und Auswahl einer geeigneten Grundlage für die Echtzeit-Visualisierung der Verkehrssimulation.
  • Entwicklung eines Ausgabesystems zur automatisierten Erstellung von Log-Dateien für eine spätere (offline) Visualisierung.
  • Untersuchung, welche Informationen für die Analyse und den Vergleich verschiedener Routingalgorithmen benötigt werden, ggf. Erweiterung des verteilten Simulators um weitere Ausgabe-Komponenten für zusätzlich zu sammelnde relevante Daten.
  • Entwicklung von Werkzeugen zur Aufbereitung und Offline-Visualisierung von Logging-Daten (z.B. auf Basis von Gnuplot oder JFreeChart).
  • Entwicklung von Visualisierungs-Komponenten für den verteilten Simulator zur on-line Visualisierung der gesammelten Daten (Visualisierung auf echtem Kartenmaterial).
  • Anpassung, Erweiterung und Integration der Visualisierungs-Komponente in den verteilten Simulator (Visualisierungsservice).

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