Presentatie voor provincie Zuid-Holland op 25-01-2024

1. -
Octavius
Goudappels framework voor microscopische
vervoersvraagmodellen
Presentatie bij Provincie Zuid Holland
25-01-2024
Luuk Brederode Msc, PhD
Transport model innovator bij DAT.Mobility
woensdag 8 mei 2024
Positionering van Octavius 1

2. -
Inhoud
1. Inleiding: wat zijn vervoersvraagmodellen?
2. Aanleiding voor de ontwikkeling van Octavius
3. Wat is Octavius
4. Huidige invulling Octavius voor Zwolle, Midden Holland, Purmerend en Drechtsteden
5. Positionering van Octavius t.o.v. traditionele en concurrerende vervoersvraagmodellen
6. Vergelijking Octavius en Provinciaal model Limburg (PMLB)
7. Conclusies, Q&A en discussie
woensdag 8 mei 2024
Positionering van Octavius 2

3. -
1. Inleiding
Wat zijn vervoersvraagmodellen?
woensdag 8 mei 2024
Positionering van Octavius 3

4. -
Het vervoersvraagmodel binnen strategische
verkeersmodelsystemen
woensdag 8 mei 2024
Positionering van Octavius 4
Bestemmingskeuze
Socio-economische data,
gedragsparameters
Rit of tour frequentie
Vervoerwijzekeuze
Routekeuze en
afwikkeling
…andere
vervoersvraag-keuzes
Vervoersvraagmodel
Toedelingsmodel
Vervoersvraag
Reistijden
Wegvakintensiteiten
Digitale netwerken

5. -
Nederlandse vervoersvraagmodel: typische
invulling in een ‘traditioneel’ Goudappel model
woensdag 8 mei 2024
Positionering van Octavius 5
Bestemmingskeuze
Rit of tour frequentie
Vervoerwijzekeuze
(Multi-modaal)
Zwaartekrachtmodel
(OtGravity)
Socio-economische data,
gedragsparameters
Riteindmodel
(Excel of OtTripEnd)
Vervoersvraagmodel
HB-matrices
Routekeuze en
afwikkeling
Toedelingsmodel
OtTraffic, OtTransit of
STAQ Reistijden
Wegvakintensiteiten
Digitale netwerken

6. -
2. Aanleiding voor de
ontwikkeling van Octavius
woensdag 8 mei 2024
Positionering van Octavius 6

7. -
Gewenste eigenschappen voor strategische
modellen (1/2)
Strategische modellen worden toegepast om scenario’s / maatregelen te beoordelen die lange
termijn effecten hebben op het mobiliteitssysteem en moeten daarom stabiel zijn:
modeluitkomsten representeren de situatie waarin reizigers hun gedrag hebben aangepast aan
het scenario.
Dit vraagt om uitkomsten die voldoen aan vooraf gedefinieerde wiskundige condities zoals
maximale entropie of gebruikersevenwicht.
woensdag 8 mei 2024
Positionering van Octavius 7

8. -
Gewenste eigenschappen voor strategische
modellen (2/2)
Strategische modellen worden toegepast op scenario’s ver in de toekomst met daarom hoge
onzekerheid op de invoer. De uitvoer wordt daarom altijd relatief t.o.v. een referentie situatie
beschouwd en moet dus vergelijkbaar zijn: verschillen in modeluitvoer moeten alleen
veroorzaakt kunnen worden door verschillen in modelinvoer.
Dit vraagt om uitkomsten die niet beïnvloed zijn door stochastische processen en/of door een
gebrek / verschil aan stabiliteit tussen referentie en scenario.
woensdag 8 mei 2024
Positionering van Octavius 8

9. -
Aanvullende gewenste eigenschap:
afhankelijkheden van keuzes meenemen
woensdag 8 mei 2024
9
Persoon heeft een
deelauto abonnement
Deelauto is niet in
gebruik door anderen
Deelauto
beschikbaar als:
Voortransport naar
deelauto niet via
bezitsvervoermiddel;
-OF-
Bezitsvervoermiddel
wordt op de terugweg
weer opgepikt
Macromodel
(geaggregeerd)
Macromodel
(gedesaggregeerd)
Micromodel
Beschikbaarheid
vervoerwijze afhankelijk van:
Persoon/huishoud eigenschappen
Keuzes van andere mensen
Eerder gemaakte eigen keuzes
Meeste regionale
modellen in NL
LMS / NRM,
VMA, PMLB
Albatross,
Octavius, Urban
Tools next
Voorbeelden van
toepassingen in Nederland:
Stabiel
Vergelijkbaar
Modeluitkomsten zijn:

10. -
3. Wat is Octavius?
woensdag 8 mei 2024
Positionering van Octavius 10

11. -
Daarom ontwikkelden we: Octavius
• Een raamwerk voor microscopische vervoersvraagmodellen dat stabiele en vergelijkbare
uitkomsten garandeert. Octavius:
• Rekent een reeks van modellen door die reizigers over categorische variabelen verdeelt
 De wiskundige vorm van deze modellen is niet voorgeschreven. De mogelijkheden zijn onbeperkt; Logit,
Probit, verdelingen uit datasets, zwaartekrachtmodellen, …
 In de huidige Octavius implementatie gebruiken we:
 Een max entropie model wat persoons/huishoudkenmerken toe kent aan de synthetische populatie
 Multinomial logit modellen voor tourgeneratie, bestemming- en vervoerwijzekuezes
• Discretiseert uitkomsten van elk model zodat elke reiziger discrete keuzes of attributen kent
 Het maakt gebruik van de statistical noise elimination technique (SNET) (ipv inverse transform sampling)
woensdag 8 mei 2024 11
Positionering van Octavius

12. -
Effect van SNET
bij een scenario met knip in straat in blauw omcirkelde gebied
12
Verschillen uit microscopisch vervoersvraagmodel
o.b.v. Random trekkingen (seed=1)
100 veh increase
100 veh decrease
Verschillen uit microscopisch vervoersvraagmodel
o.b.v. Statistical Noise Elimination Technique (SNET)

13. -
4. Huidige invulling Octavius
voor Midden Holland, Drechtsteden,
Zwolle en Purmerend
woensdag 8 mei 2024
Positionering van Octavius 13

14. -
Huidige invulling Octavius: population synthesizer
woensdag 8 mei 2024
Positionering van Octavius 14
Population
Synthesizer
Synthetic
population
Tour
Generator
Tours types
per agent
Destination
choice
Destinations
per mode
Mode choice
Synthetische huis-
Houdens per zone
Totalen p zone1
Distributie
over 180
persoons-
segmenten
(uit OViN)
Totalen
p
zone
1
Synthetische inwoners
per zone
Iterative Proportional fitting
Totalen p zone2
Distributie
over 216
huishoud
segmenten
(uit OViN)
Totalen
p
zone
2
Iterative Proportional fitting
Samenstelling
huishoudens uit
mobiliteitspanel-data
Synthetische
Populatie
per zone
(2495 gebruikte
Huishoud-
samenstellingen)
Iterative Non-
negative Least
Squares algorithm
1Totalen per zone (persoonsniveau)
• Maatschappelijke participatie (werkend, student, anders)
• Leeftijdsklasse (0-17, 18-29, 30-44, 45-64, 65+)
• Geslacht (man/vrouw)
• Rijbewijs (wel/niet)
• Ethniciteit (Nederlands, westers allochtoon, niet westers allochtoon
2Totalen per zone (huishoudniveau)
• Huishoudgrootte (1-6+ personen)
• Aantal autos in huishouden (0-3+)
• Gezinssamenstelling (alleenst, geen kinderen, wel kinderen)
• Aantal volwassenen (0/1, 2 of 3+)
Travel diary
per agent

15. -
Huidige invulling Octavius: TourGenerator
Population
Synthesizer
Synthetic
population
Tour
Generator
Tours types
per agent
Destination
choice
Destinations
per mode
Mode choice
Travel diary
per agent
• Elk genummerd blokje is een multinomial logit model geschat op nationale
OViN data 2010-2017
• Verklarende variabelen:
Variabele Keuzemodel Aantal tours Hoofdmotief Aantal trips Nevenmotief Volgorde
Geslacht v v v v v
Aantal auto's in huishouden v v v v v
Huishoudsamenstelling v v v v v
Migratieachtergrond v v v v v
Leeftijd v v v v v
Maatschappelijke participatie v v v v v
RijbewijsBezit v v v v v
Stedelijkheidsgraad v v v v
15

16. -
Huidige invulling Octavius: bestemmingskeuze
28 maart 2022
Inhoudelijke discusie MINT 17
Population
Synthesizer
Synthetic
population
Tour
Generator
Tours types
per agent
Destination
choice
Destinations
per mode
Mode choice
Travel diary
per agent
Multinomial logit model dat de kans bepaalt dat bestemming 𝑖 wordt gekozen, gegeven
vertreklocatie ℎ, vervolglocatie 𝑗 en gebruik van vervoerwijze 𝑚 voor een tour van type 𝑡
(de combinatie van activiteitentypes op locaties ℎ, 𝑖 en 𝑗 bepaald in de tourgenerator):
𝑃𝑖|ℎ,𝑗,𝑚,𝑡 =
exp(𝑉𝑖|ℎ,𝑗,𝑚,𝑡/𝜆𝑚|𝑡)
𝑖′ exp(𝑉𝑖′|ℎ,𝑗,𝑚,𝑡/𝜆𝑚|𝑡)
Met nut:
𝑉𝑖|ℎ,𝑗,𝑚,𝑡 = 𝛽1 𝑡𝑚ℎ𝑖 + 𝑡𝑚𝑖𝑗 + 𝛽2ln 𝑚𝑖 + …
waarin 𝑡𝑚ℎ𝑖: reistijd van ℎ naar 𝑖 met vervoerwijze 𝑚
𝑡𝑚𝑖𝑗: reistijd van 𝑖 naar 𝑗 met vervoerwijze 𝑚
𝑚𝑖: socio/economische activiteiten op locatie 𝑖
𝛽𝑛: parameter voor elke variable 𝑛 in de utiliteitsfunctie (waarden varieren
over vervoerwijzen en tour types)
Andere variabelen in de nutsfuncties: ln(𝑟𝑒𝑖𝑠𝑘𝑜𝑠𝑡𝑒𝑛), parkeerkosten, #overstappen,
#arbeidsplaatsen (6 categorieën), #leerlingplaatsen (5 categorieën), #inwoners,
stedelijkheidsgraad, geslacht, leeftijd, huishoudsamenstelling, huishoudgrootte.
En 𝜆𝑚|𝑡: de mate van correlatie tussen alternatieve bestemmingslocaties voor
vervoerwijze 𝑚 en tour type 𝑡 (de parameter geschat voor de logsum uit het
vervoerwijzekeuzemodel (zie volgende slide))
ℎ = 𝑗 𝑖
stap 1
𝑗 ℎ
stap 2
𝑖
ℎ = 𝑗 𝑖1
𝑖2
resultaat

17. -
Huidige invulling Octavius: vervoerwijzekeuze
28 maart 2022
Inhoudelijke discusie MINT 19
19
Multinomial logit model dat de kans bepaald dat vervoerwijze 𝑚 wordt gekozen
voor een tour van type 𝑡 (de combinatie van activiteitentypes op locaties ℎ, 𝑖 en 𝑗
bepaald in de tourgenerator)
𝑃𝑚|𝑡 =
exp(𝑉𝑚|𝑡)
𝑚′ exp(𝑉𝑚′|𝑡)
Met nut:
𝑉𝑚|𝑡 = 𝛽𝑚1𝑥𝑚1+. . +𝛽𝑚𝑛𝑥𝑚𝑛 + 𝜆𝑚𝑙𝑜𝑔𝑠𝑢𝑚m
waarin: 𝑙𝑜𝑔𝑠𝑢𝑚𝑚: gemiddelde aantrekkelijkheid van bestemmingslocaties 𝐼 met
vervoerwijze 𝑚: 𝑙𝑜𝑔𝑠𝑢𝑚𝑚 = 𝑙𝑛 𝑖=1..𝐼 exp(𝑉𝑖)
𝑥𝑚1. . 𝑥𝑚𝑛: andere verklarende variabelen (zie hieronder)
𝛽𝑚1. . 𝛽𝑚𝑛: parameters
Andere variabelen in de nutsfuncties: geslacht, leeftijd, huishoudsamenstelling (3
categorieën), huishoudgrootte (6 c categorieën), aantal volwassenen in het
huishouden, autobezit (3 categorieën), etniciteit (3 categorieën)
Population
Synthesizer
Synthetic
population
Tour
Generator
Tours types
per agent
Destination
choice
Destinations
per mode
Mode choice
Travel diary
per agent
Illustratief voorbeeld: er
wordt tussen gehele ketens
gekozen!

18. -
Octavius én een zwaartekrachtmodel?
• Omdat er nog kinderziektes zaten in de Octavius implementatie zijn voor de eerste regio’s
waarin Octavius geïmplementeerd wordt als ‘failsafe’ zowel een zwaartekrachtmodel als
Octavius model gebouwd.
woensdag 8 mei 2024
Positionering van Octavius 20

19. -
5. Positionering
van Octavius t.o.v. traditionele en
concurrerende vervoersvraagmodelen
woensdag 8 mei 2024
Positionering van Octavius 22

20. Trip- tour- en activity-based
ODiN Data voor één persoon
08:00 Vertrek naar werk auto
08:30 Aankomst op werk
17:00 Vertrek naar winkel auto
17:10 Aankomst bij winkel
17:25 Vertrek naar huis auto
17:45 Aankomst thuis
19:50 Vertrek naar de voetbaltraining fiets
20:00 Aankomst bij de voetbaltraining
22:00 Vertrek naar huis fiets
22:10 Aankomst thuis
Representatie in trip-based model:
5 ritten
Representatie in tour-based model:
2 tours
Representatie in activity-based model:
1 activiteitenschema
• Modal split en ritlengtes kloppen
• Tours zijn consistent
• Modes binnen tour zijn consistent
• Modal split en ritlengtes kloppen
• Tours zijn consistent en passen in de tijd
• Modes binnen tour zijn consistent
• Modal split en ritlengtes kloppen
Hoe komt het waargenomen
verplaatsingspatroon van één persoon
in de verschillende type modellen
terecht?
23

21. 24
1. De eenheid van mobiliteit (ritten / tours / activiteiten-schema’s)
2. Het aggregatieniveau waarop gedragskeuzen gemodelleerd worden
(macroscopisch geaggregeerd / macroscopisch gedesaggregeerd /
microscopisch)
3. Welke type randvoorwaarden worden meegenomen bij het modelleren
van deze keuzes (riteind-consistentie, rit-keten consistentie,
tijdruimtelijke consistentie, intra-huishoudconsistentie, inter-persoon
en inter-huishoud interactie);
4. Hoe de verschillende gemodelleerde gedragskeuzes samengevoegd of
aaneengeschakeld zijn; en
5. Of de parameters in het model zelflerend zijn.
*Vovsha, P., 2019. Decision-Making Process Underlying Travel Behavior and Its Incorporation in Applied Travel Models, in: Bucciarelli, E., Chen, S.-H., Corchado, J.M. (Eds.), Decision
Economics. Designs, Models, and Techniques for Boundedly Rational Decisions. Springer International Publishing, Cham, pp. 36–48. https://doi.org/10.1007/978-3-319-99698-1_5
/ /
Trip/Tour/Activity based terminologie verwijst naar slechts één van de vijf eigenschappen die een
vervoersvraagmodel definieert (Vovsha 2019)*:
/ /
Trip- tour- en activity-based

22. 25
Benaming "in de volksmond" Trip based Tour-based Microsimulatie Activity-based Agent based
Eenheid van mobiliteit
Rit RitKeten RitKeten Activiteitenschema Activiteitenschema
Aggregatieniveau
Macroscopisch (meestal geaggregeerd) Macropscopisch (Meestal gedesaggregeerd)Microscopisch Microscopisch Microscopisch
Rit-eind consistentie (productie) ja ja kan kan nee
Rit-eind consistentie (attractie) kan kan kan kan nee
Rit-keten consistentie nee ja ja ja ja
Tijd-ruimte consistentie nee nee nee ja ja
Intra-huishoud consistentie nee nee kan kan kan
Inter-persoon consistentie nee nee kan kan kan
Inter-huishoud consistentie nee nee kan kan kan
integratie rit/tourgeneratie
integratie bestemmingskeuze
integratie vervoerwijzekeuze
integratie vertrektijdstipkeuze
integratie routekeuze
parameters zelflerend nee nee nee nee ja
type (volgens Vovsha 2019*) 4-step Tour-based ? Activity based Agent based
Vrij te kiezen, meestal 4-staps met
losse toedeling en optioneel feedback
loop
Vrij te kiezen, meestal 5+-staps als nested
logit model met losse toedeling en
feedback loop
Vrij te kiezen, onze
oplossing Octavius:
momenteel 4-staps logit
met losse toedeling en
feedback loop
Vrij te kiezen, meestal veel-staps als
decision tree of nested logit model
met losse toedeling en feedback loop
Weet ik niet, nog nooit tegen
gekomen
Meest voorkomende combinaties

23. 26
Meest voorkomende combinaties
Benaming "in de volksmond" Trip based Tour-based Microsimulatie Activity-based Agent based
Eenheid van mobiliteit
Rit RitKeten RitKeten Activiteitenschema Activiteitenschema
Aggregatieniveau
Macroscopisch (meestal geaggregeerd) Macropscopisch (Meestal gedesaggregeerd)Microscopisch Microscopisch Microscopisch
Rit-eind consistentie (productie) ja ja kan kan nee
Rit-eind consistentie (attractie) kan kan kan kan nee
Rit-keten consistentie nee ja ja ja ja
Tijd-ruimte consistentie nee nee nee ja ja
Intra-huishoud consistentie nee nee kan kan kan
Inter-persoon consistentie nee nee kan kan kan
Inter-huishoud consistentie nee nee kan kan kan
integratie rit/tourgeneratie
integratie bestemmingskeuze
integratie vervoerwijzekeuze
integratie vertrektijdstipkeuze
integratie routekeuze
parameters zelflerend nee nee nee nee ja
type (volgens Vovsha 2019*) 4-step Tour-based ? Activity based Agent based
Vrij te kiezen, meestal 4-staps met
losse toedeling en optioneel feedback
loop
Vrij te kiezen, meestal 5+-staps als nested
logit model met losse toedeling en
feedback loop
Vrij te kiezen, onze
oplossing Octavius:
momenteel 4-staps logit
met losse toedeling en
feedback loop
Vrij te kiezen, meestal veel-staps als
decision tree of nested logit model
met losse toedeling en feedback loop
Weet ik niet, nog nooit tegen
gekomen
•Zwaartekracht-modellen
Goudappel
•PMLB (o.b.v. rapportage)
•LMS/NRM
•VMA
•Octavius •Albatros
•Feathers / Urban
tools next
•…. Nog niet gezien
Modellen in
Nederland

24. -
Positionering van Octavius
• Uitkomsten van macro modellen zijn van nature stabiel en vergelijkbaar
• Uitkomsten van micro modellen zijn dat van nature niet, maar door SNET in Octavius wel
• Octavius is nu nog geen activity based model, maar we hebben wel de ambitie om daar
naar toe te groeien
• Uitkomsten van (echte) agent-based modellen zullen nooit stabiel noch vergelijkbaar zijn,
en dus niet toepasbaar om toekomst-scenario’s te vergelijken t.b.v. effectbepalingen
• maar dat is dan ook niet waarvoor ze gemaakt zijn! Agent based modellen zijn bedoeld om
exploratief toekomst scenario’s te genereren.
woensdag 8 mei 2024
Positionering van Octavius 27

25. -
7. Conclusies, Q&A en
discussie
woensdag 8 mei 2024
Positionering van Octavius 28

26. -
Conclusies
• Octavius is een raamwerk voor microscopische vervoersvraagmodellen dat stabiele en
vergelijkbare uitkomsten garandeert
• De Octavius modellen voor Zwolle, Midden Holland, Purmerend en Drechtsteden bevatten:
• een population synthesizer, tourgenerator, bestemmingskeuzemodel en een vervoerwijzekeuzemodel
• Voor de vergelijking van vervoersvraagmodellen moeten de volgende eigenschappen
beschouwd worden:
• de eenheid van mobiliteit (Trip-, Tour- en Activity-based)
• Het aggregatieniveau waarop keuzen gemodelleerd worden (geaggregeerd, gedesaggregeerd, micro)
• Typen randvoorwaarden (riteind, ritketen, tijdruimtelijk, intrahuishoud, inter-persoon/huishoud)
• Samenhang van de verschillende gemodelleerde gedragskeuzes
• Of de parameters zelflerend zijn (alleen dan is het formeel een agent based model)
woensdag 8 mei 2024
Positionering van Octavius 29

27. -
Q&A en discussie
woensdag 8 mei 2024
linkedin.com/in/LuukBrederode
slideshare.net/LuukBrederode
researchgate.net/profile/Luuk-Brederode
+31 6 27 36 98 30 / lbrederode@dat.nl
Luuk Brederode Msc, PhD
Transport model innovator bij DAT.Mobility
Positionering van Octavius 30

28. -
Backup slides
woensdag 8 mei 2024
Positionering van Octavius 31

29. -
Micromodellen voor de strategische context
• Operationele micromodellen (modellen voor de beschrijving van het nu) zijn niet complex:
Toepassing van reguliere Monte Carlo sampling op uitkomsten van keuze modellen
• Strategische micromodellen (modellen voor verwachte effecten in de toekomst) zijn wel
complex, want statistische ruis zorgt voor slechtere vergelijkbaarheid van modeluitkomsten.
Dit is (deels) op te lossen, maar voert hier te ver. Zie o.a.:
• Brederode, L., Hardt, T., Rijksen, B., 2020. Development of a microscopic tour based demand
model without statistical noise. Presented at the 48th European Transport Conference, Dublin.
• Engelson, L., Vyas, G., Vovsha, P., 2022. Systematic investigation of microsimulation variability of
the Swedish national travel model with different methods for handling stochasticity. Presented at
the 50th European Transport Conference, Milan
• Zill, J.C., Vuuren, T.V., Veitch, T., 2022. Comparison of policy scenarios with trip-based and
econometric activity-based models. Presented at the 50th European Transport Conference, Milan.
woensdag 8 mei 2024
Positionering van Octavius 32

30. -
Nederlandse strategische modellen die geen
traditionele aanpak gebruiken
Lijstje onder voorbehoud van omissies en fouten van mijn kant!!
• Almere (Hybride Zwaartekrachtmodel en OmniTRANS - Octavius) – vigerend model
• Urban Tools next (Feathers) – Activity based - pilot Rotterdam / Den Haag
• Zwolle (OmniTRANS - Octavius) – vigerend model
• Midden Holland (OmniTRANS - Octavius) – in ontwikkeling
• Drechtsteden (OmniTRANS - Octavius) – in ontwikkeling
• Purmerend (OmniTRANS - Octavius) – in ontwikkeling
• Limburg (Aimsun) – trip based geaggregeerd
• Holland Rijnland (Aimsun) – ook trip based geaggregeerd? - in ontwikkeling
• Lelystad (PTV VISUM) – ben ik nog niet ingedoken
• Stravem (PTV VISUM) – ben ik nog niet ingedoken
woensdag 8 mei 2024
Positionering van Octavius 33