Consistency of Microscopic Traffic Domain Models

Verkehrsingenieure modellieren Verkehr auf verschiedenen Abstraktionsebenen, je nachdem, welche Aspekte von Verkehr betrachtet werden. In der Verkehrstechnik werden meist Modelle verwendet, mit denen die Qualität des Verkehrsablaufs vorhergesagt werden soll. Die behandelten Konzepte werden in den verwendeten Domänenmodellen jedoch sehr unterschiedlich repräsentiert.
Um sicher zu entscheiden, welches Planungswerkzeug sich am besten für ein Projekt eignet, müssten Modelle in jedem davon manuell aufgebaut werden. Darum ist es wünschenswert, zwischen den verschiedenen Werkzeugen wechseln zu können, um die jeweiligen Vorteile zu verwenden. ... mehrDazu müsste jedoch sichergestellt werden, dass beim Wechsel der Werkzeuge die jeweiligen Modelle konsistent gehalten werden. Heutzutage kann die Konsistenz der Instanzen verschiedener verkehrstechnischer Domänenmodelle nur durch einen manuellen, fehleranfälligen Prozess sichergestellt werden. Eine Automatisierung würde Modellierungsfehler verringern und die Effizienz des Modellierers steigern.
Modellgetriebene Entwicklung ist ein Softwareentwicklungsparadigma, welches die Spezifikation von Systemen auf einer höheren Abstraktionsebene erlaubt als die objektorientierte oder komponentenbasierte Entwicklung. Bei der Modellgetriebenen Entwicklung werden Modelle als primäre Artefakte verwendet, um die Funktionalität oder die Struktur von Programmen zu spezifizieren. In diesem Forschungsfeld wurden einige Techniken zur konsistenten Modellierung entwickelt.
In dieser Arbeit werden diese Techniken auf verkehrstechnische Modelle angewendet, um diese konsistent zu halten. Zunächst werden zwei Metamodelle entwickelt, welche die Struktur von Modellen der Simulationsprogramme PTV Vissim und SUMO beschreiben. Anschließend werden die unterschiedliche Modellierungen ähnlicher Konzepte in beiden Metamodellen verglichen und Beziehungen zwischen den einzelnen Elementen der Metamodelle herausgearbeitet. Basierend auf den herausgearbeiteten Beziehungen werden mithilfe des Vitruvius Ansatzes Transformationen implementiert, welche inkrementelle Änderungen zwischen PTV Vissim Modellen und SUMO Modellen propagieren, um diese konsistent zu halten.
Zur Evaluation der entwickelten Konsistenzmechanismen wurde eine Benutzerstudie durchgeführt, in der die Effizienz des Nutzers bei der Erstellung konsistenter Modelle ermittelt wurde. Die Evaluation zeigt einen signifikanten Anstieg der Effizienz, sowie einen bessere Bewertung der Benutzerfreundlichkeit und generellen Nutzererfahrung.

Traffic engineers model transportation on different levels of abstraction depending on the investigated aspects of transportation. In the fields of traffic planning and traffic engineering, models are used to predict the quality of transport infrastructure.
Due to the different levels of abstraction, domain models have developed independently in traffic planning and traffic engineering. In the latter case there are major differences between the various domain models. Deciding which modeling tool is most suitable for a project is critical but requires to build models with each of them manually before comparing them. ... mehrTherefore, being able to switch between the different tools to use all of their respective features is desirable. However, this is only possible if the models can be kept consistent with each other while switching between different tools. Today, the consistency of instances of different domain models can only be ensured by a manual, error-prone process. Automating this process would reduce errors and increase the user’s efficiency.
Model-Driven Development is an engineering paradigm that allows specifying systems on a higher abstraction level than object-oriented or component-based development. In Model-Driven Development, models are treated as primary artifacts that specify what functionality or structure a system should have. Within this field of science, different techniques have been developed to maintain the consistency of models.
In this thesis we apply these techniques to the domain of microscopic traffic simulation models to keep them consistent. We develop two metamodels which describe the structure of models used by the two microscopic traffic simulation programs PTV Vissim and SUMO. We compare the different representations of similar concepts in both metamodels and develop relations between their elements. Based on the developed relations, we implement model transformations using the Vitruvius framework which propagate incremental changes between PTV Vissim models and SUMO models to keep them consistent.
Finally, we evaluate the developed consistency mechanisms using a user study in which we determine their impact on the user’s efficiency and effectiveness in creating consistent models. The evaluation shows a significant increase in efficiency and slightly more consistent models on average. Moreover, the consistency mechanisms received a higher rating in terms of system usability and overall user experience.