Type modellen

De vragen waarop met verkeersmodellen een antwoord moet en kan worden gegeven, zijn zeer divers. Het aanbod aan modellen is zeer divers. Er is niet een model waarmee alle soorten vragen kunnen worden beantwoord. Ieder model kent zijn eigen toepassingsmogelijkheden en beperkingen.​

Het ene model geeft informatie over de interactie tussen individuele voertuigen op een enkel wegvak gedurende een korte periode, terwijl het andere model voertuigstromen levert op het landelijke hoofdwegnet over tien of vijftien jaar. Sommige modellen beperken zich tot enkele wegvakken en kruispunten, terwijl andere modellen het verkeer op een (deel van een) netwerk beschrijven, waarbij routekeuze van belang is. Verder is er onderscheid naar modellen die gemiddelde voertuigstromen tijdens de spits berekenen (statisch) en modellen die rekening houden met een wisselend verkeersaanbod tijdens de onderzoeksperiode (dynamisch). De nieuwste ontwikkelingen gaan, door de toenemende rekenkracht van computers, in de richting van integratie van verschillende typen modellen. Dit resulteert in een dynamisch model voor een groot gebied.

Modellen kunnen worden onderverdeeld naar:

• statisch versus dynamisch;
• macroscopisch, mesoscopisch, microscopisch (van netwerk naar wegvak);
• simulatie- of analysemodel;
• vierstapsmodel versus toedelingsmodel;
• multimodaal versus unimodaal;
• zwaartekrachtmodel versus gedesaggregeerd of agent based model.

Een statisch model wordt meestal gekenmerkt door:

• Een groot netwerk (landelijk, regionaal) voor meestal zowel autoverkeer als openbaar vervoer en eventueel fiets.
• Er worden verschillende motieven onderscheiden.
• De resultaten van een toedeling zijn op hoofdlijnen en voor een langere termijn (10-15 jaar).
• De verkeersstromen op het wegennet hebben betrekking op het gemiddelde (spits)uur en zijn berekend op basis van statische verkeersmaatregelen.
• Per wegvak worden de verkeersbelastingen gepresenteerd en de verhoudingen tussen intensiteit en capaciteit (I/C-verhouding).

De resultaten uit statische modellen worden veelal relatief uitgedrukt en worden vaak gebruikt voor het onderling vergelijken van modelvarianten of in termen van het wel of niet aanleggen van bijvoorbeeld een extra rijstrook of een woonwijk op een bepaalde locatie.

Een dynamisch model wordt gekenmerkt door:

• Een kleiner netwerk (kruispunt, streng, lokaal netwerk).
• De resultaten van een toedeling zijn gedetailleerd en met een korte tijdshorizon (2-5 jaar).
• Het verkeer op het wegennet heeft betrekking op een brede (spits)periode met wisselende intensiteiten (bijvoorbeeld per kwartierinterval) en er kan in de berekeningen rekening worden gehouden met dynamische verkeers(management)maatregelen.
• Per wegvak wordt de verkeersafwikkeling van voertuigen gepresenteerd en wordt het opbouwen en weer oplossen van files/congestie in beeld gebracht.

Dynamische modellen worden voornamelijk gebruikt om wegontwerpen, verkeerslichtenregelingen en andere dynamische verkeers(management)maatregelen te toetsen. Het gaat hierbij om de effecten van afzonderlijke maatregelen, maar vooral ook om de interactie tussen de maatregelen in beeld te brengen. Belangrijke indicatoren zijn de resulterende reistijden, wachttijden, filelengtes, enzovoort. Dynamische modellen worden daarbij veelal in absolute termen gebruikt omdat het wegontwerp, de verkeersregelingen, de verkeersmaatregelen en het verkeersaanbod conform de werkelijkheid kunnen worden ingebracht.

In de toekomst zal meer integratie van dynamische en statische modellen plaatsvinden.

Het rijgedrag van automobilisten wordt beschreven in termen van snelheden en volggedrag. In een macroscopisch model worden deze grootheden als gemiddelde waarden gedefinieerd: gemiddeld over weggebruikers en gemiddeld over de modelperiode of deelperiode. De snelheden worden daarbij wel beïnvloed door de intensiteit, maar dan als afname van de gemiddelde volgafstand, resulterend in een gemiddelde dichtheid of capaciteit.

Mesoscopische modellen zijn in principe hetzelfde als macroscopische modellen, maar dan wordt niet gewerkt met een voertuigstroom maar met pakketjes van voertuigen.
Er zijn modellen die in het rekenproces meer of minder kleine groepen voertuigen onderscheiden of die bepaalde aspecten (bijvoorbeeld snelheid of dichtheid) voor een groep van voertuigen berekenen. Dit type model wordt logischerwijs als mesoscopisch model aangeduid.

In een microscopisch model wordt de fluctuatie in het rijgedrag beschreven door weggebruikers (voertuigen en bestuurders) met variabele eigenschappen aan het netwerk toe te delen. Gemiddelde snelheden en capaciteiten zijn daar het expliciete resultaat van het gedrag van individuele automobilisten. Een microscopisch model is een dynamisch model.

In de praktijk worden microscopische en macroscopische dynamische modellen het meest toegepast.
In de figuren 3.3/1 en 3.3/2 is te zien welk detailniveau in de modellen wordt onderscheiden in het wegennet.

In een simulatiemodel verplaatsen individuele voertuigen zich door het netwerk. De tijd die daarvoor nodig is en de route die gevolgd wordt, hangen af van de (dynamische) omstandigheden die onderweg worden ondervonden. Tijdens het toedelingsproces wordt de positie (plaats in het netwerk) van de voertuigen voortdurend herberekend en wordt op basis van de voertuiggedragsmodellen of de basisdiagrammen bepaald met welke snelheid de voertuigen kunnen doorrijden. Als de voertuigen niet (allemaal) meer kunnen doorrijden, ontstaat er een wachtrij (file). Een simulatiemodel is een dynamisch model.

​Een analytisch model is een toedelingsmodel waarbij de belastingen op de wegvakken geheel rekenkundig worden bepaald op basis van de relaties tussen intensiteit, snelheid en dichtheid (basisdiagrammen). Als de intensiteit of de dichtheid te hoog wordt, daalt de snelheid naar nul waardoor er een wachtrij (file) ontstaat. Een analytisch model kan zelf geen routes berekenen, deze moeten vooraf vastgesteld en ingevoerd worden.

Een traditioneel vierstapsmodel is een volledig model waarin alle stappen voorkomen die doorlopen moeten worden om van basisinvoergegevens tot verkeersstromen te komen. Het betreft de volgende stappen:

1. Trip- of reisproductie: het berekenen van de aantallen vertrekkende en aankomende personen in een bepaalde periode (bijvoorbeeld het avondspitsuur). De recente modellen berekenen veelal reizen per dag. Dit zijn combinaties van trips die op een dag thuis beginnen en thuis eindigen. Modellen die alleen nog voor een bepaalde periode verkeer modelleren, zijn niet echt gebruikelijk meer.
2. Distributie: het berekenen van het aantal verplaatsingen van personen (ritten) tussen herkomst- en bestemmingslocaties.
3. Modal split: het verdelen van de personenverplaatsingen (ritten) over de onderscheiden vervoerswijzen (bijvoorbeeld auto, (brom)fiets en openbaar vervoer).
4. Toedeling: het berekenen van de routes van de verplaatsingen per voertuigsoort over het netwerk (wegen, fietspaden, spoorwegen, enzovoort). Resultaat is een beeld van de verkeersbelasting per wegvak of baanvak. Veelal wordt hierbij rekening gehouden met de routekeuze onder invloed van congestie.

Toedelingsmodellen verzorgen uitsluitend de toedeling van de afzonderlijke verkeerssoorten aan de verschillende netwerken, overeenkomstig de laatste stap van een vierstapsmodel. De aantallen verplaatsingen (trips) die toegedeeld moeten worden, zijn ontleend aan verkeersonderzoek of afkomstig uit een vierstapsmodel of een ander soort matrixschattingsmodel. De microscopische modellen zijn meestal van het type toedelingsmodel.

Het vierstapsmodel is meestal een multimodaal model. Kenmerkend voor dit type model is dat de ritproductie en de distributie betrekking hebben op het totale aantal personenverplaatsingen, zonder onderscheid naar het vervoermiddel waarmee de verplaatsing gemaakt wordt. In de modal-splitfase worden deze verplaatsingen per herkomst-bestemmingsrelatie verdeeld over de vervoerswijzen die in het model onderscheiden worden. Een bijzonder vorm van een multimodaal model is een simultaan model. Hierbij worden de distributie en de modal split in onderlinge afhankelijkheid berekend omdat dit het keuzeproces van de verkeersdeelnemer beter beschrijft.

Bij een unimodaal model worden de trip of reisproductie en de distributie uitsluitend berekend voor een enkele vervoerswijze. Een voorbeeld van een unimodaal model is het vrachtautomodel, maar er zijn ook modellen die uitsluitend personenautoverkeer of openbaar vervoer berekenen. In dit model wordt tijdens de modelberekeningen geen rekening gehouden met de overloop van en naar andere vervoerswijzen of slechts in algemene termen. Een unimodaal model is steeds minder gangbaar, omdat de verkeersbewegingen in werkelijkheid steeds complexer worden.

De traditionele zwaartekrachtmodellen waar verplaatsingen worden gemodelleerd vanuit personen of arbeidsplaatsen raken steeds meer uit de mode. De achterliggende verkeersvraag komt voort uit de reizen die een persoon per dag vanuit zijn woning maakt, bijvoorbeeld om te werken, te sporten of te winkelen. Vanuit dit activiteitenpatroon wordt de mobiliteitsbehoefte afgeleid. Geavanceerde verkeersmodellen zijn daarom gebaseerd op retour- of rondreis ('tour') en niet meer op een enkele reis ('trip').

Een gedesaggregeerd, of agent based, model modelleert in het algemeen alle personen in het verkeersmodel (of het studiegebied). Op basis van gedrag van bepaalde groepen wordt het reisgedrag van alle individuen (of agents) bepaald. Een zwaartekrachtmodel geeft meestal het gemiddelde reisgedrag van de hele bevolking weer. Hierdoor kunnen zwaartekrachtmodellen niet bijvoorbeeld de effecten van vergrijzing modelleren. Een tussenvorm zijn gedesaggregeerde modellen; zij modelleren ook bepaalde groepen, maar maken geen simulatie van de hele bevolking. Dit voorkomt dat er veel simulaties uitgevoerd moeten worden, maar het is niet mogelijk om individuele personen in het model te volgen.