Reflective Nested Simulations Supporting Optimizations within Sequential Railway Traffic Simulators

Show simple item record

dc.contributor.author Diviš, Roman
dc.contributor.author Kavička, Antonín
dc.date.accessioned 2023-07-12T13:21:19Z
dc.date.available 2023-07-12T13:21:19Z
dc.date.issued 2022
dc.identifier.issn 1049-3301
dc.identifier.uri https://hdl.handle.net/10195/81319
dc.description.abstract This article describes and discusses railway-traffic simulators that use reflective nested simulations. Such simulations support optimizations (decision-making) with a focus on the selection of the most suitable solution where selected types of traffic problems are present. This approach allows suspension of the ongoing main simulation at a given moment and, by using supportive nested simulations (working with an appropriate lookahead), assessment of the different acceptable solution variants for the problem encountered-that is, a what-if analysis is carried out. The variant that provides the best predicted operational results (based on a specific criterion) is then selected for continuing the suspended main simulation. The proposed procedures are associated, in particular, with the use of sequential simulators specifically developed for railway traffic simulations. Special attention is paid to parallel computations of replications both of the main simulation and of supportive nested simulations. The concept proposed, applicable to railway trafficmodelling, has the following advantages. First, the solution variants for the existing traffic situation are analyzed with respect to the feasibility of direct monitoring and evaluation of the natural traffic indicators or the appropriate (multi-criterial) function. The indicator values compare the results obtained from the variants being tested. Second, the supporting nested simulations, which potentially use additional hierarchic nesting, can also include future occurrences of random effects (such as train delay), thereby enabling us to realistically assess future traffic in stochastic conditions. The guidelines presented (for exploiting nested simulations within application projects with time constraints) are illustrated on a simulation case study focusing on traffic assessment related to the track infrastructure of a passenger railway station. Nested simulations support decisions linked with dynamic assignments of platform tracks to delayed trains. The use of reflective nested simulations is appropriate particularly in situations in which a reasonable number of admissible variants are to be analyzed within decision-making problem solution. This method is applicable especially to the support of medium-term (tactical) and long-term (strategic) planning. Because of rather high computational and time demands, nested simulations are not recommended for solving shortterm (operative) planning/control problems. eng
dc.format nestránkováno cze
dc.language.iso eng
dc.publisher ACM (Association for Computing Machinery)
dc.relation.ispartof ACM Transactions on Modeling and Computer Simulation, volume 32, issue: 1 eng
dc.rights open access eng
dc.subject Railway traffic simulation eng
dc.subject nested/recursive simulations eng
dc.subject automated decision-making support eng
dc.subject parallel discrete event simulation eng
dc.subject dopravní železniční simulace cze
dc.subject vnořené/rekurzivní simulace cze
dc.subject automatizovaná podpora rozhodování cze
dc.subject paralelní diskrétní simulace cze
dc.title Reflective Nested Simulations Supporting Optimizations within Sequential Railway Traffic Simulators eng
dc.title.alternative Reflektivní vnořené simulace pro podporu optimalizací v rámci sekvenčních železničních simulátorů cze
dc.type article eng
dc.description.abstract-translated Článek se věnuje simulačním modelům železničního provozu, které aplikují reflektivní vnořené simulace. Tyto simulace jsou prováděny pro podporu rozhodování ohledně výběru vhodných řešení při výskytech vybraných typů provozních problémů. Tento přístup umožňuje v daném okamžiku simulačního času pozastavit probíhající hlavní simulaci a pomocí podpůrných reflektivních vnořených simulací (pracujících s příslušným časovým výhledem) provést hodnocení odlišných přípustných variant řešení vzniklého problému. Varianta, jež vykazuje nejlepší predikované provozní výsledky (podle specifikovaného kritéria), je následně vybrána pro pokračování pozastavené hlavní simulace. Navrhovaná technika, uplatnitelná při modelování železničního provozu, poskytuje následující výhody. Za prvé, varianty řešení vzniklé provozní situace jsou zkoumány s možností přímého sledování a vyhodnocování přirozených provozních indikátorů, resp. příslušné (multi-)kriteriální funkce. Na základě hodnot zmíněných indikátorů jsou porovnávány výsledky dosažené jednotlivými prověřovanými variantami. Příkladem zmíněného indikátoru může být celkový přírůstek zpoždění všech vlaků v rámci sledovaného časového výhledu. Aplikace jiných optimalizačních přístupů může být v mnoha případech obtížná nebo tyto neposkytují uspokojivé výsledky, a proto je často výhodné uplatnit k hodnocení variant reflektivní vnořené simulace. Za druhé, v rámci podpůrných vnořených simulací, které potenciálně uplatňují i další hierarchická vnořování, mohou být rovněž relevantně aplikovány budoucí výskyty náhodných vlivů (např. zpoždění vlaků), což umožňuje realisticky posuzovat budoucí provoz za stochastických podmínek. Navrhované postupy použití (pro využití vnořených simulací v rámci aplikačních projektů s časovým omezením) jsou ilustrovány na případové simulační studii zaměřené na kapacitní prověřování kolejové infrastruktury osobní železniční stanice. Typickým rozhodovacím problémem v uvedeném typu systému je dynamické přidělování náhradních nástupištních kolejí zpožděným vlakům oproti původnímu statickému plánu obsazení kolejí. Varianty přidělování jsou vyhodnocovány pomocí podpůrných vnořených simulací. Uplatnění reflektivních vnořených simulací je vhodné zejména v případech, kdy je potřebné při výskytech příslušných rozhodovacích problémů posuzovat nepříliš velké množství přípustných variant. Daná technika je uplatnitelná hlavně při podpoře střednědobého (taktického) a dlouhodobého (strategického) plánování železničního provozu, kdy jsou vyžívány simulátory pracující na mikroskopické, mezoskopické nebo makroskopické úrovni podrobnosti. Pro podporu krátkodobého (operativního) plánování, resp. řízení nejsou vnořené simulace doporučovány vzhledem k jejich vyšší výpočetní a časové náročnosti. cze
dc.peerreviewed yes eng
dc.publicationstatus published eng
dc.identifier.doi 10.1145/3467965
dc.relation.publisherversion https://dl.acm.org/doi/10.1145/3467965
dc.project.ID EF17_049/0008394/Spolupráce Univerzity Pardubice a aplikační sféry v aplikačně orientovaném výzkumu lokačních, detekčních a simulačních systémů pro dopravní a přepravní procesy (PosiTrans) cze
dc.identifier.wos 000810182300001
dc.identifier.obd 39888233


This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search DSpace


Advanced Search

Browse

My Account