کنترل وسیله نقلیه
کنترل جریان

35052080645شکل STYLEREF 1 s‏1SEQ شکل * ARABIC s 11 اجزای سیستم‏های حمل‏ونقل00شکل STYLEREF 1 s‏1SEQ شکل * ARABIC s 11 اجزای سیستم‏های حمل‏ونقل
تقسیم بندی سیستم های حمل ونقلطبق آنچه در ادبیات برنامهریزی حملونقل مطرح میشود، سیستمهای حملونقل را میتوان از جهات گوناگون طبقهبندی کرد. تقسیمبندی سیستمهای حملونقل از نظر روش حمل مورد استفاده، یکی از مهمترین تقسیمبندیهای موجود در ادبیات است. محدوده مورد بررسی در این پایان نامه، روش "حمل جادهای" (منظور جادهها، بزرگراهها و خیابانها) است. نوع دیگر تقسیمبندی را میتوان بر اساس محدوده جغرافیایی وقوع فعالیتهای حملونقل انجام داد. سیستمهای حملونقل مورد بررسی در این پایان نامه "محدوده درون شهری" را در برمیگیرند. بخش اعظم حملونقل شهری به جابه جایی مسافر اختصاص دارد و مهمترین روش حمل مورد استفاده در شهرها، حملونقل زمینی است. حملونقل زمینی در شهرها در قالب حملونقل شخصی (خودروها و موتورسیکلتهای شخصی و پیادهروی) و خدمات حملونقل عمومی از طریق اتوبوسهای شهری در بزرگراهها و مترو و سایر انواع قطارها در راهآهن درون شهری انجام میشود.
شبکههای حملونقل شهری در واقع متشکل از شبکه معابر شهری و شبکه حملونقل عمومی هستند که مانند شبکه اتوبوس و تراموا در شبکه معابر و مانند شبکه مترو یا مجزای از معابر تعریف میشوند.
طراحی شبکه‏های حمل‏ونقل شهری و تقسیم‏بندی‏های مربوطدر رابطه با عبارت مساله طراحی شبکههای حملونقل شهری و تعاریف آن برداشت واحد و یکسانی وجود ندارد و معمولاً عناوینی چون Urban Road Network Design Problem، Transportation Network Design Problem و یا به طور عمومی Network Design Problem و مشابه اینها برای اطلاق مساله به کار میروند. اما در اغلب مراجع عبارت آخر یا مخفف آن NDP به کار میرود. تعاریف ارایه شده برای مساله را میتوان به سه گروه تقسیم کرد.
تعریف "الف"]3[: طراحی شبکه حملونقل در برگیرنده سلسله مراتب کاملی از فرایندهای تصمیمگیری مطرح در مسایل حملونقل است و در سه سطح استراتژیک، میانمدت و کوتاهمدت قابل طرح است. این تعریف طیف وسیعی از مسایل مطرح در برنامهریزی حملونقل را تحت این عنوان دربر می گیرد. از جمله انتخاب یالها، جهتدهی به خیابانها، مکانیابی، زمانبندی چراغهای راهنمایی و مواردی از این قبیل. این تعریف در یکی از مطرحترین و پرارجاعترین مراجع مرتبط با طراحی شبکههای حملونقل آمده است.
تعریف "ب" ]4[: طراحی شبکه عبارتست از انتخاب بهینه تسهیلات برای افزودن به یک شبکه حملونقل یا تعیین میزان بهینه بهبود ظرفیت در تسهیلات موجود شبکه حملونقل. تسهیلات میتوانند گرهها یا یالهای شبکه باشند. با این تعریف، مساله انتخاب یالهای شبکه و مکانیابی تسهیلات در شبکه، جزو مسایل مرتبط با طراحی شبکه قرار میگیرند.
تعریف "ج"(]5[و]6[و بسیاری از مراجع مرتبط): طراحی شبکه عبارتست از تصمیمگیری در مورد انتخاب یالهای جدید برای افزودن به شبکه و یا توسعه ظرفیت یالهای موجود. این تعریف تقریباً در همه مطالعاتی که تنها حل مساله بالا را مد نظر قرار دادهاند ارایه شده و به عبارتی در ادبیات این دست مسایل کاملاً معمول است.
به منظور ایجاد قابلیت بیان و تقسیمبندی محورهای مورد مطالعه در پیشنهاد پایان نامه زیر یک چتر واحد، در این پایان نامه تعریف "الف" مد نظر قرار گرفته و ادبیات موضوع در قالب این تقسیمبندی معرفی و بررسی شده است. قابل ذکر است که تعریف "الف" خود به نوعی دربرگیرنده تعریف "ب" نیز هست. بر اساس تعریف انتخاب شده، میتوان انواع تصمیمات قابل اخذ در زمینه طراحی شبکههای حملونقل شهری را بر اساس سلسله مراتب تصمیمگیریها به صورت زیر تقسیمبندی کرد.
تصمیمات استراتژیک: تصمیمگیری برای مسایل زیرساختی مرتبط با شبکههای حملونقل شهری که برای درازمدت طراحی میشوند، مانند توسعه معابر موجود از طریق افزایش عرض آنها یا ایجاد معابر جدید.
تصمیمات میان مدت: تصمیمگیری برای به کارگیری موثر منابع و زیرساختهای سیستم حملونقل هستند، مانند تعیین یک طرفه یا دوطرفه بودن خیابانها در سیستمهای حملونقل شهری، یا تعیین نحوه تخصیص خطها در معابر برای جهتهای رفت و برگشت.
تصمیمات عملیاتی: تصمیات مربوط به دورههای زمانی کوتاه مدت که بیشتر در رابطه با کنترل جریانهای ترافیکی در معابر هستند، مانند تنظیم چراغهای راهنمایی، تعیین میزان عوارض تعیین شده برای استفاده از بعضی بزرگراهها، تعیین فرکانسهای سرویسدهی وسایل حملونقل عمومی.
طراحی شبکههای معابر جادهایبه آن دسته از مسایل طراحی شبکه حملونقل شهری که دربرگیرنده تصمیمات مرتبط با معابر شبکه هستند، میتوان عبارت Road Network Design Problem (RNDP) یا "طراحی شبکههای معابرجادهای" را اطلاق کرد. مسایل RNDP را میتوان بر اساس ماهیت متغیرهای مورد استفاده در سه گروه طبقهبندی کرد.
مساله "طراحی شبکه حملونقل گسسته" (DNDP): این نوع مسایل با متغیرهای گسسته سروکار دارند. مانند ایجاد معابر جدید، توسعه ظرفیت معابر جدید با افزودن خط به آنها یا تعریض و بهبود طراحی آنها، تعیین یک طرفه یا دو طرفه بودن معابر.
مساله"طراحی شبکه حملونقل پیوسته" (CNDP): این نوع مسایل با متغیرهای پیوسته سروکار دارند، مانند توسعه ظرفیت معابر از نوع متغیر پیوسته، تنظیم چراغهای راهنمایی و یا تعیین عوارض عبور از برخی معابر خاص.
مساله"طراحی شبکه حملونقل ترکیبی" (MNDP): این نوع مسایل با ترکیبی از متغیرهای پیوسته و گسسته یاد شده در موارد قبلی سروکار دارند.
مطالعات این پایان نامه MNDPرا در بر میگیرد. بر اساس شکل 1-2، محدوده مسایل مورد مطالعه در این پایان نامه، شامل انواع تصمیمات بلندمدت و میان مدت خواهد بود.
-7048593980تصمیمات مورد مطالعه در این پایان نامه
میان مدت
بلندمدت
جهتدهی معابر
توسعه معابر موجود
تعیین تعداد خطهای رفت و برگشت معابر
کوتاه مدت
تنظیم سیگنال
00تصمیمات مورد مطالعه در این پایان نامه
میان مدت
بلندمدت
جهتدهی معابر
توسعه معابر موجود
تعیین تعداد خطهای رفت و برگشت معابر
کوتاه مدت
تنظیم سیگنال

3111513589000
3111556515شکل STYLEREF 1 s‏1SEQ شکل * ARABIC s 12 تصمیمات مورد مطالعه00شکل STYLEREF 1 s‏1SEQ شکل * ARABIC s 12 تصمیمات مورد مطالعهجهتدهی به معابرجهت دادن به حرکت در معابر سیستمهای حمل ونقل، یکی از تصمیمات میان مدت مطرح شده در زمینه مسایل طراحی شبکه است که در دهههای پس از جنگ جهانی دوم به منظور افزایش کارایی شبکه و کاهش ازدحام ترافیک مطرح شد. جهتدهی به یال های شبکه با این دیدگاه عبارتست از تعیین جهت حرکت در یالهای شبکه حمل ونقل به طوری که امکان سفر بین هر دو نقطه از شبکه با توجه به محدودیتهای ایجاد شده برای حرکت در برخی مسیرها از بین نرود. به عبارت دیگر، شبکه حمل ونقل پس از تعیین جهت یالها همبند باقی بماند.تنظیم چراغ راهنماییسیستمهای کنترلی یکی از ارکان سه گانه یک سیستم حمل ونقل هستند که خود به دو زیر مجموعه سیستمهای کنترل جریان و سیستمهای کنترل وسیله نقلیه تقسیم میشوند. سیستمهای کنترل جریان در شبکه، باید برآورد کننده شاخص متضاد حرکت وایمنی در کنار هم باشند. استفاده از چراغ راهنمایی در تقاطعها یکی از مهمترین ابزارهای کنترل جریان در شبکه است. چراغ راهنما باعث تاخیر کاربران (توقف زمانی که چراغ قرمز است) در تقاطعها میشود. افزایش تاخیر سبب آلودگی هوا، آلودگی صوتی و افزایش مصرف سوخت میشود. تنظیم بهینه زمان بندی چراغ راهنما باعث کاهش اثرات منفی تاخیر در تقاطعها میشود.در واقع، اهداف اصلی استفاده از چراغ راهنما عبارتست از:
بیشینهسازی ظرفیت ذخیزه کل شبکه.
بیشینهسازی ظرفیت معابر پرازدحام در تقاطعها.
کمینهسازی اثرات منفی ترافیک بر محیط زیست و مصرف سوخت.
کمینهسازی زمان سفر.
افزایش امنیت .
مجموع زمانی توالی زمانی چراغ سبز را یک دور چراغ می نامند. نسبت زمان سبز چراغ راهنما را به کل زمان دور نرخ سبز چراغ گویند، که در اغلب مسایل مطرح شده در ادبیات موضوع، به عنوان عامل تصمیم گیری، برای بهبود سیستم کنترل بیشینه میشود. در هر تقاطع، به نسبت تعداد جریان مخالف ورودی، زمان دور به بخش های کوچکتری تقسیم میشود که هر بخش را یک فاز گویند. در خلال یک فاز، دسته ای از جریانهای موافق در تقاطعهای کنترلی دارای چراغ سبز و دیگر جریانهای مخالف دارای چراغ قرمز خواهند بود.ظرفیت ذخیره شبکه حمل ونقلدر زمینههای طرحریزی، طراحی و عملیاتی تسهیلات ثابت یک شبکه حمل ونقل از مفهوم ظرفیت بسیار استفاده شده است. ظرفیت یک شبکه حمل ونقل با تعداد زیادی جفت مبدا-مقصد مانند ظرفیت یک تقاطع متغیر است و بدون در نظر گرفتن الگوی تقاضا بین مبادی-مقاصد نمی توان در مورد آن بحث کرد. برای مثال مقدار ظرفیت یک شبکه با افزایش تقاضای جفتهای مختلفی از مبادی و مقاصد متفاوت خواهد بود. برای بسط مفهوم ظرفیت برای یک شبکه حمل ونقل با تقاضای متعدد، مفهوم ظرفیت ذخیره معرفی می گردد. به نحوی که ظرفیت ذخیره یک شبکه، به صورت یک تقاضای مازاد که به سیستم تزریق کرد، تعریف میشود بدون اینکه خصوصیات های فیزیکی شبکه تغییر کند یا ظرفیت همه یالها افزایش یابد. به علاوه، این تقاضای اضافی با توجه به تقاضای موجودبرای هر جفت مبدا-مقصد، بین آنها تقسیم می شود[7].معمولاً ظرفیت ذخیره بزرگتر از صفر است. مقدار کم تر از برای یک ظرفیت ذخیره بدین معنی است که تقاضا در شبکه بیش از توان شبکه است و در شبکه حالت ازدحام ایجاد شده است. ظرفیت ذخیره بزرگ تر از یک بدین معنی است که شبکه در برخی از معابر هنوز ظرفیت خالی برای افزایش جریان را داراست.بنابراین، میتوان ظرفیت ذخیره یک سیستم را نمایندهی از سطح خدمت شبکه دانست و از آن در جهت تعیین سیاستهای بهینه برای جلوگیری از ترافیک، کنترل رشد تقاضا، مدیریت و طرح ریزی شبکه حمل ونقل استفاده کرد.در یک مساله حمل و نقل، چنان چه یک تقاضای برآوردی ثابت به صورت یک ماتریس OD برای کل شبکه حمل ونقل در نظر بگیریم، ظرفیت ذخیره سیستم، بیشترین افزایش قابل اعمال در تقاضای سفر در شبکه (به صورت ضریبی در کل ماتریس سفرها) با تغییر عامل های درگیر در شبکه خواهد بود، به طوریکه در این شرایط، جریان محاسبه شده معابر پس از افزایش تقاضا، از ظرفیت تعیین شده برای آنها تجاوز نکند.مدل سازی مسایل طراحی شبکه‏های حمل‏ونقل جادهاییکی از بزرگترین مسایلی که برنامهریزان حملونقل با آن مواجه هستند، پیشبینی اثرات سناریوهای مختلف طراحی شبکههای حملونقل شهری است. کاربران سیستمهای حملونقل را عموماً انسانها تشکیل میدهند و هر نوع برنامهریزی یا تدوین سناریو برای توسعه و اصلاح شبکه حملونقل نیازمند پیشبینی عکسالعملهای کابران در قالب تغییرات الگوی جریان ترافیک و مسیرهای مورد استفاده توسط آنها و چگونگی استفاده آنها از وسایل نقلیه است. حضور تصمیمگیری عامل انسانی در این مسایل، آنها را در زمره مسایل مطرح در نظریه بازیها قرار میدهد که ماهیت مدل سازی آنها را از بسیاری از مسایل تصمیمگیری که مساله عکسالعمل عامل انسانی در آنها مطرح نیست متفاوت میکند.
ماهیت این مسایل ایجاب میکند که آنها به صورت یک بازی رهبر- پیرو یا بازی استکلبرگ، و در نتیجه در قالب یک مدل برنامهریزی دو سطحی مطرح شوند. در این بازی، برنامهریزان شبکه و مسئولان شهری که طراحی شبکه را بر عهده دارند، نقش رهبر، و کاربران که آزادنه مسیرها را بر اساس طرح ایجاد شده در شبکه برای سفر انتخاب میکنند، نقش پیرو را دارند]8[. این طور فرض میشود که برنامهریزان حملونقل قادر به تاثیرگذاری روی رفتار کاربران در انتخاب مسیر هستند، اما نمیتوانند آن را تحت کنترل خود درآورند. رفتار کاربران برای آنها قابل پیشبینی است، اما کاربران قادر به پیشبینی تصمیمات طراحی شبکه نیستند و به اقتضای طراحی انجام شده عکسالعمل نشان میدهند. این تعامل میتواند در قالب یک مدل کلی دو سطحی به صورت زیر نمایش داده شود:
(1-1) (U0)minuF(u,vu)(1-2) s.t.
Gu,vu≤0 ,که در آن v(u)با حل مدل زیر مشخص می شود.
(1-3) (L0)minvf(u,v)(1-4) s.t.
gu,v≤0 .واضح است که مدل دو سطحی از دو زیر مدل تشکیل شده است: U0 که به عنوان مساله سطح اول یا سطح بالا و L0 که به عنوان مساله سطح دوم یا سطح پایین تعریف میشود. F و u در مساله U0 به ترتیب تابع هدف و بردار متغیرهای تصمیم طراحی شبکه برای تصمیمگیران سطح بالا یا مسیولانشبکه و G مجموعه محدودیتهای این مساله است. f و v در مسالهL0 به ترتیب تابع هدف و بردار متغیرهای تصمیم برای کاربران شبکه و g مجموعه محدودیتهای مرتبط هستند، وv(u) معمولاً تابع عکسالعمل یا پاسخ نامیده میشود. این تابع متغیرهای عکسالعمل کاربران را به ازای متغیرهای پارامتری شده طراحی شبکه u محاسبه میکند. متغیرهای عکسالعملu کاربران عموماً شامل جریانهای ترافیکی و گاهی تقاضای هر یک از مدهای حمل نیز هستند. v(u) تابعی ضمنی است و به صورتی صریح و در قالب یک تابع قابل نمایش نیست. لذا آن را به صورت یک مدل ریاضی و در سطح پایین مدل اصلی نمایش میدهند. در واقع، به ازای هر سناریوی طراحی شبکه، نیاز است که از طریق حل مساله سطح پایین مقادیر متغیرهای مربوط به عکسالعمل کاربران محاسبه شود. هدف مساله دو سطحی، یافتن بردار تصمیم u* است، به طوریکه تابع هدف سیستم F، با توجه به محدودیتهای داده شده برای طراحی شبکه و همچنین پاسخ کاربران در برابر تصمیمات طراحی شبکه مورد نظر بهینه شود. مدل سطح بالا با توابع هدف، محدودیتها و متغیرهای گوناگون قابل مدل سازی است که در بخش بعدی به آنها می پردازیم.
مدل سطح پایین معمولاً در قالب یک مدل بازی تعادلی نش-کورنتمدل سازی میشود که در آن کاربران برای استفاده از شبکه حملونقل شهری، در قالب جریانهای ترافیکی با یکدیگر رقابت میکنند. نتیجه تعادل در رقابت، جریانات ترافیکی در شرایط تعادلی هستند که در شبکه تخصیص داده میشوند (پیوست الف).
محدوده پروژهمساله پیشنهادی، در حوزه مسایل طراحی شبکه حمل ونقل شهری جای میگیرد. در علم حمل ونقل، ساخت و احداث تسهیلات ثابت حمل ونقل بر عهده مهندسین عمران است. در حالی که برنامه ریزی و طراحی بهینه سیستمهای حاکم بر این شبکه بر عهده مهندسین برنامه ریزی و صنایع است.در این پایان نامه از یک مدل دوسطحی استفاده می کنیم. در میان مسایل مطرح در مورد طراحی شبکه حمل ونقل شهری، مسایل جهتدهی معابر، تخصیص خطها برای افزایش ظرفیت معابر و برنامه ریزی چراغ راهنمایی بررسی خواهند شد.مرور بر ادبیات و پیشینه تحقیقدر این فصل، مطالعات مرتبط با مسایل طراحی شبکههای حملونقل شهری با رویکرد مطالعات انجام شده در این پایان نامه بررسی می شوند. مطالب این بخش در برگیرنده بررسی مطالعات قبلی انجام شده در زمینه مسایل RNDPخواهند بود.
مرور مطالعات انجام شده در زمینه RNDPمطالعات مرتبط با طراحی شبکه معابر شهری از نظر نوع متغیرهای تصمیم، توابع هدف، تقاضای سفر و نوع مساله تخصیص سفر قابل طبقهبندی هستند. در ]10[، مروری بر تعاریف،طبقه بندی، محدودیتها، متغیرهای تصمیمگیری و روشهای حل مسایل UTNDP) طراحی شبکه های حمل و نقل شهری( انجام شده است. بررسی جامعی در مورد مسایلRNDP و ویژگیها و متدولوژیهای حل آنها در ]8[ انجام شده است. در این مطالعه، ویژگیهای گوناگون این مسایل از نظر متغیرهای تصمیم، نوع توابع هدف و روشهای حل آنها تقسیمبندی و بررسی قرار گرفته است. همچنین، در ]11[،]12[و ]13[ نیز مروری بر روشهای حل مسایل دو سطحی طراحی شبکه انجام شده است. مسایل مطرح در حوزه RNDP را میتوان از نظر ویژگیهای مساله به شرح زیر طبقهبندی کرد.
متغیرهای تصمیم: همانگونه که در بخش تعریف مساله اشاره شد، مسالهRNDP بر اساس نوع متغیرهای تصمیم شبکه در سه قالب متغیرهای گسسته، پیوسته و ترکیبی مطرح میشود.
متغیرهای گسسته: شامل افزودن معابر جدید به شبکه، افزودن خط به دو طرف معابر موجود، تعریض یا افزایش ظرفیت معابر در قالب افزودن یک مقدار حقیقی، تعیین تخصیص خطها در دو سوی معابر دو طرفه، تعیین یک طرفه یا دو طرفه بودن معابر.
متغیرهای پیوسته: شامل افزایش ظرفیت معابر در قالب مقادیر پیوسته، تنظیم چراغهای راهنمایی، تنظیم عوارض قابل اخذ برای عبور از برخی معابر (به طور عمده بزرگراهها).
متغیرهای ترکیبی: ترکیبی از متغیرهای بالا.
نوع تقاضای سفر:
تقاضای ثابت: در این حالت فرض میشود که میزان تقاضا بین هر دو نقطه در شبکه معین و ثابت است.
تقاضای متغیر یا الاستیک: در این حالت، تقاضای بین هر دو نقطه از شبکه به صورت تابعی از زمان سفر یا هزینه بین آن دو منظور میشود. به طور سنتی بیشتر مطالعات موجود در ادبیات مسایلRNDP، با فرض تقاضای ثابت مدل سازی میشوند. به موازات این مدل‌های سنتی، مطالعاتی نیز هستند که طراحی شبکه را با فرض تقاضای متغیر بررسی می کند. فرض تقاضاهای سفر متغیر واقعیتر از فرض ثابت بودن آنهاست، زیرا با تغییر در طراحی شبکه مورد نظر، تقاضای سفر برای استفاده از خودرو یا سایر وسایلنقلیه شخصی به یک سطح جدید شیفت می یابد]8[. به طور مثال، ممکن است که با افزایش ازدحام در شبکه، افراد تمایل کمتری به استفاده از خودرو داشته باشند و به سوی سایر روش‌های حمل (مثلاً مترو) سوق یابند یا زمان‌های سفر غیرضروری را به زمان‌های دیگری غیر از ساعات ازدحام موکول کنند، یا این که از برخی سفرها به طور کلی صرفنظر کنند.
تقاضای تصادفی: در این حالت، تقاضای بین هر دو نقطه از یک تابع توزیع تصادفی پیروی میکند.
توابع هدف:
توابع زیر توابعی هستند که به طور عمومی در اکثر مطالعات استفاده شده اند، هر چند ممکن است که در مواردی اهداف دیگری نیز مطرح شوند.
کمینهسازی تابع هزینه سفر: در این حالت، کل هزینه سفر که عبارتست از مجموع حاصل ضرب جریان هر معبر در زمان یا هزینه مورد نیاز برای طی آن کمینه میشود. قریب به اتفاق مطالعات انجام شده در رابطه با طراحی شبکه حملونقل این تابع را در مساله منظور کردهاند.
بیشینهسازی ظرفیت ذخیره شبکه: مفهوم ظرفیت ذخیره شبکه برای اوخط بار به منظور اندازهگیری عملکرد و طراحی زمانبندی در تقاطعهای چراغ راهنمایی مطرح شد. به شیوهای مشابه، میتوان این مفهوم را در مورد مسایلRNDP برای پیش بینی میزان افزایش تقاضای قابل تحمل در شبکه پس از بهبود آن به کار برد. محاسبه ظرفیت ذخیره به این معنی است که با در نظر گرفتن یک تقاضای برآوردی ثابت برای شبکه، بیشترین افزایش قابل اعمال در تقاضای سفر در شبکه (به صورت ضریبی در کل ماتریس سفرها) محاسبه شود، به طوریکه جریان محاسبه شده معابر پس از افزایش تقاضا، از ظرفیت تعیین شده برای آنها بیشتر نشود.
بیشینهسازی مازاد مصرف: با فرض قابل تغییر بودن تقاضا در شبکه، کمینه سازی هزینه سفر برای مساله سطح بالاهدف مناسبی نیست. در این حالت، شکل قابل قبولتری از شبکه عبارتست از بیشینه سازی مازاد مصرف.
توابع هدف دیگر: به غیر از توابع هدف یادشده، از توابع دیگری نیز در برخی مطالعات استفاده شده اند که از آن جمله میتوان به مجموع هزینههای ایجاد و توسعه معابر، میزان مصرف سوخت، آلودگی هوا و مواردی مشابه اشاره کرد.
رویه تخصیص سفر (پیوست الف):
تخصیص سفر در قالب یک مساله سطح پایین تخصیص سفر تعادل کاربر.
تخصیص سفر در قالب یک مساله سطح پایین تخصیص سفر تعادل سیستم.
تخصیص سفر در قالب یک مساله سطح پایین تخصیص سفر تعادل کاربر تصادفی.
تخصیص سفر در قالب تخصیص همه یا هیچ.
مسایلRNDP عموماً با ورودیها و محدودیتهای زیر مطرح میشوند.به طور کلی، ورودیهای مسالهRNDP به شرح زیر هستند:
توپولوژی شبکه معابر شهری
میزان تقاضای سفر برآورد شده بین هر یک نقاط شبکه در واحد زمان تعیین شده
ویژگیهای معابر از قبیل ظرفیت، تعداد خطها، تابع زمان سفر آنها
مشخصات گزینههای نامزد برای بهبود شبکه
میزان بودجه در دسترس برای بهبود شبکه
حرکات مجاز در هر مرحله از مراحل تقاطع چراغ دار
محدودیتهایی که معمولاً در اینگونه مسایل مد نظر قرار میگیرند، بدین شرحند:
محدودیت های فنی:
محدودیتهای اتصال: باید بین هر مبدا-مقصد دست کم یک مسیر وجود داشته باشد.این محدودیت باعث میشود که از ایجاد شبکههای نامتصل جلوگیری شود.
محدودیت شبکه: به هر گره دست کم یک لینک وارد و دست کم یک لینک از آن خارج شود (در واقع، این دو محدودیت مانع از ایجاد یک شبکه ناهمبند می شوند).
کمینه و بیشینه زمان دور، زمان سبز، جریان و از این قبیل.
محدودیتهای خارجی: این محدودیتها کرانی را برای متغیرها تعیین میکنند. البته، این محدودیتها می توانند در مساله در نظر گرفته نشوند که این بستگی به ساختار مساله دارد.
محدودیت هزینه کل بهبود شبکه.
محدودیت حداکثر و حداقل افزایش ظرفیت قابل اعمال برای هر یک از معابر.
حداکثر سطح ایجاد انتشار آلودگی هوایی.
حداکثر سطح آلوگی صوتی.
محدودیت تخصیصی: این محدودیتها همواره در مسایلRNDP وجود دارند.
اثرات متقابل عرضه و تقاضا
بیشتر نبودن جریانهای عبوری از معابر از ظرفیت آنها که این محدودیت در مورد توابع هدف افزایش ظرفیت ذخیره کاربرد دارد.
بخش اعظم مطالعات صورت گرفته در رابطه با RNDP، مربوط به مسایلCNDP است. یکی از علتها برای گستردگی مطالعات در این زمینه، پیوستگی دامنه متغیرهاست که امکان به کارگیری رویههای مدل سازی و روشهای حل متفاوتتری را نسبت به سایر مسایل فراهم میآورد. اما در مورد مسایلDNDP در استفاده از روشهای حل معمول مسایل خصوصاً روشهای مبتنی بر مشتقگیری محدودیتهای زیادی وجود دارند. در هر حال، خود مسایل CNDP از نظر حجم محاسباتی مورد نیاز یکی از مشکلترین مسایل در علم حملونقل هستند. مسالهCNDP معمولاً در ادبیات با در نظر گرفتن افزایش ظرفیت معابر به صورت یک متغیر پیوسته است که برای هر یک معابر یک کران بالا و یک کران پایین برای میزان افزایش ظرفیت قابل اعمال تعریف میشود. در برخی از مطالعات نیز ترکیب این تصمیم با تنظیم چراغهای راهنمایی یا تعیین عوارض عبور از معابر مطرح میشود. اغلب مطالعات CNDP اقدام به توسعه روشهای مختلف برای حل مسالهکردهاند و تعریف مسایل مورد مطالعه اغلب مشابه است.
مطالعات انجام شده در زمینه مسایلDNDP نسبت به CNDP محدودتر هستند که همان گونه که قبلاً نیز اشاره شد، این امر به دلیل پیچیدگی مضاعف مساله ناشی از حضور متغیرهای گسسته است. بخشی از مطالعاتDNDP در قالب ادبیات کلاسیک مسایل RNDP میگنجد که از همان ابتدا و همزمان با CNDP مورد توجه محققان بوده است. متغیرهای عمده مورد بررسی در این مسایل متغیر ایجاد معابر جدید در شبکه و یا افزایش ظرفیت معابر موجود در قالب متغیرهای گسسته است، که اغلب به صورت متغیر صفر و یک، که نشانگر انتخاب یا عدم انتخاب پروژه بهبود است، مطرح میشوند. این تصمیمات به تنهایی یا در ترکیب با یکدیگر منظور میشوند. بخش دیگر مطالعات، جهت به معابر و تخصیص خطها در دو طرف معابر را به تنهایی و یا در ترکیب با یکدیگر بررسی می کنند. اغلب این مطالعات به جای تخصیص سفر تعادلی، از تخصیص سفر همه یا هیچ استفاده کرده اند. قریب به اتفاق روشهای حل مورد استفاده در مسایل DNDP از نوع ابتکاری یا بالا ابتکاری هستند.
سومین گروه از مسایل RNDPمسایل MNDP هستند. مطالعات انجام شده در این زمینه بسیار اندک است که اغلب آنها به دهه اخیر باز میگردد. تصمیمات مطرح در این مسایل ترکیبات متنوعی از تصمیماتCNDP و DNDP است. خلاصه مطالعات انجام شده در زمینه RNDP در REF _Ref269479900 h * MERGEFORMAT جدول ‏21آمده است.
در جدول 2-1، تقاضای ثابت با F، تقاضای الاستیک با E، تخصیص تعادل کاربر قطعی با DUE و تخصیص تعادل کاربر تصادفی با SUE نشان داده شدهاند.
جدول STYLEREF 1 s‏21- خلاصه مطالعات انجام شده در زمینه MNDPردیف نام مرجع متغیرهای تصمیم تقاضا مساله سطح پایین توابع هدف روشهای حل
پیوسته گسسته افزایش ظرفیت معابر موجود تنظیم چراغهای راهنمایی تعیین عوارض عبور از معابر یک طرفهکردن توالیهایی از معابر ایجاد معابر جدید یک طرفه کردن برخی از معابر تخصیص خطها در دو طرف معابر افزایش ظرفیت معابر 1 یانگ و بل ]14[ ● ● F DUE Enumeration Scheme with Other Methods
2 کانتارلا و همکاران ]15[ ● ● F DUE کمینه سازی هزینه کل سفرها Simulated Annealing, Tabu Search,
Genetic Algorithm,
Hybrid Metaheuristics
3 کانتارلا و ویتتا]16[ ● ● ● E DUE - کمینه سازی زمان کل و زمان سفر در پیادهروها
- کمینه سازی میزان خروج گاز مونوکسید کربن
- کمینه سازی تعداد کاربرانی که خارج از محدوده مقصد خودرو را پارک میکنند
- بیشینه سازی تعداد کاربرانی که به استفاده از حملونقل عمومی رو میآورند
- کمینه سازی کل زمان سفرها با حملونقل عمومی Genetic Algorithm
4 دمیتریو و همکاران]17[ ● ● E SUE بیشینهسازی سود Genetic Algorithm
5 ژانگ و گاوو ]18[ ● ● F DUE کمینهسازی هزینه کل سفرها G--ient Based with Penalty Function Method
6 گالو و همکاران ]19[ ● ● F DUE کمینهسازی هزینه کل سفرها Genetic Algorithm
7 لواسپ و همکاران]20[ ● ● F SUE کمینهسازی هزینه کل سفرها Cutting Constraint Algorithm
از آنجایی که محوریت مسایل مورد مطالعه در این پایان نامه، بهینهسازی سیگنال چراغ راهنما و یک طرفه یا دو طرفه کردن معابر در قالب ظرفیت ذخیره است، لذا ابتدا به تشریح و بررسی این مسایل پرداخته شده و سپس ارتباط آن با سایر مسایل مطرح در زمینه RNDPمورد تحلیل قرار خواهد گرفت. در نهایت مسایل طرح شده در این پایان نامه، با توجه به نوآوری و توسعههای قابل ارایه معرفی خواهند شد.
مسایل طراحی تنظیمات سیگنال(SSDP)طرحهای سیگنال ترافیکی از دو بخش تشکیل شداند. بخش اول تصمیمگیری درمورد حرکات مجاز در هر فاز است تا مانع درگیری و برخورد شود. این تصمیمها بر عهده متخصصین و مهندسین ترافیک است. بخش دیگر مربوط به زمان بندی سیگنال است که شامل تعیین زمان چرخه، نرخ موثر سبز و... است. زمان بندی سیگنال با هدف کاهش تاخیر در تقاطعها انجام میشود. در این پایان نامه، بر روی بهینهسازی زمان بندی نرخ موثر سبز کار میشود.
در شبکههای شهری بیشتر زمان سفر در تقاطعها (تاخیر) سپری میشود. از این رو، بهینهسازی تقاطعهای کنترلی میتواند عملکرد شبکه های حمل ونقل را بهبود بخشد. مساله بهینهسازی تنظیمات سیگنال یا مساله طراحی تنظیمات سیگنال نوع خاصی از مسایل NDP هستند که در آن تنظیمات سیگنال (تعداد فازها، طول دور، زمان موثر سبز و...) نقش متغیر تصمیم را دارند، در حالیکه ویژگیهای توپولوژیکی شبکه (پهنا، تعداد خط، جهت معابر و ...) در آنها ثابت هستند.
در مسایل طراحی تنظیمات سیگنال که یک مسالهNDP است، جریانها در معابر، متغیرها ضمنی هستند. طراحان نمیتوانند به طور مستقیم آنها را اصلاح کنند ولی میتوانند به طور غیر مستقیم با تغییر مقادیر متغیر تصمیم بر آنها اثر گذار باشند.
دو رویکرد کلی برای حل مسایل طراحی تنظیمات سیگنال وجو دارند که عبارتنداز:
رویکرد بهینهسازی موضعی.
رویکرد بهینهسازی سراسری.
در کارهای]15[،]21[،]49[و]50[ فرمولبندیهای کلی از مسایل طراحی تنظیمات سیگنال با توجه به دو رویکرد بالا موجودند.
می توان به مساله ترکیبی تخصیص سفر و تنظیم چراغ ها به صورت یک مساله طراحی شبکه دو سطحی نگریست، به نحوی که متغیر های تنظیم چراغها به عنوان یکی از متغیرهای سطح بالای مدل بررسی شود.تحقیقات زیادی در ارایه مدل و روشهای حل برای این نوع مساله دوسطحی طراحی شبکه ارایه شده اند.
رویکرد بهینه سازی موضعی]50[
روش بهینهسازی موضعی تنظیمات سیگنال در واقع یک روش حل متوالی تکراری بین مساله تخصیص تعادلی و بهینهسازی تنظیمات سیگنال است. این روش، با یک مقدار اولیه از تخصیص (جریان) شروع میشود و الگوریتم سعی میشود که با حل متوالی مساله تخصیص و مساله تنظیم سیگنال به یک جواب بهینه برسد. این تکرار تا رسیدن به همگرایی ادامه می یابد. در این روش هیچ تضمینی برای رسیدن به جواب بهینه وجود ندارد.
رویکرد بهینه سازی سراسری]50[
در روش بهینهسازی موضعی پارامتر های سیگنال هر تقاطع با توجه به کمینه سازی تابع هدف در هر تقاطع محاسبه میشوند، در حالی که در روش بهینهسازی سراسری تنظیمات سیگنال پارامترهای سیگنال و جریان از طریق کمینهسازی تابع هدف کل شبکه بدست میآیند. به دلیل استفاده از گرادیان در محاسبه جریان تعادلی در هر تقاطع، این روش به زمان محاسباتی بسیار بالا نیاز دارد. زمان محاسباتی برای مسایلی باحداکثر 10 تقاطع قابل قبول است، این روش برای مسایلی بزرگتر با توجه به زمان محاسباتی بالا کاربردی نیست.
مفهوم ظرفیت ذخیره سیستمظرفیت ذخیره را میتوان در قالب بزرگ ترین ضریب قابل اعمال در ماتریس تقاضای سفر تعریف کرد، به طوری که جریانهای عبوری تخصیص داده شده افزایش یافته، از معابر از ظرفیت جریان معابر بیشتر نشود. معمولاً ظرفیت جریان معابر به عواملی چون تعداد خطهای معبر، عرض معبر و شکل هندسی آن، برنامه زمانی چراغهای راهنمایی تعبیه شده برای معبر و مواردی از این قبیل بستگی دارد. بیشینهسازی ظرفیت ذخیره عبارتست از بیشینه کردن بزرگ ترین ضریب قابل اعمال در ماتریس تقاضای سفر. مفهوم ظرفیت ذخیره به منظور پیشبینی میزان افزایش تقاضای قابل تحمل در شبکه به کار میرود.
در ]22[، یک فرمولبندی صریح برای محاسبه ظرفیت ذخیره یک تقاطع دارای چراغ ارایه شد.آلسوپ]23[ تعریف ظرفیت ذخیره را برای یک تقاطع ارایه کرد و یک مدل برنامه ریزی خطی برای تعیین ظرفیت ذخیره در شرایط پیچیدهتر یک تقاطع منفرد دارای چراغ ارایه کرد.این برنامه ریزی خطی بعدها توسط یاگار]24[ بسط داده شد.
یانگ و وانگ]25[ برای اولین بار از مفهوم ظرفیت ذخیره در تابع هدف یک مساله طراحی شبکه دارای چراغ راهنمایی استفاده کرد.آنها یک مدل دوسطحی را با تابع هدف بیشنیهسازی ظرفیت ذخیره برای محاسبات خود ارایه کردند که به تنظیمات چراغ های راهنمایی می پردازد. مفهوم ظرفیت ذخیره در مطالعات پیش از آن، تنها برای یک تقاطع منفرد دارای چراغ به کاربرده میشد. این مفهوم بیشتر برای اندازه گیری عملکرد و طراحی زمانی یک تقاطع به کار میرفت. مطالعات اولیه در زمینه معرفی ظرفیت ذخیره را قبلاً بیان کردیم.
یانگ و بل ]8 [ضمن باز معرفی تضاد براییس، استفاده از مفهوم ظرفیت ذخیره را به عنوان روشی جهت رویارویی با این تضاد معرفی کردند.در این تحقیق، به مزایای استفاده از ظرفیت ذخیره به عنوان تابع هدف اشاره شده است:
با استفاده از فرمولبندی بر پایه ظرفیت ذخیره میتوان میزان تقاضای اضافه شده به سیستم را که با اعمال تغییراتی در شبکه مانند افزایش معابر جدید یا افزایش ظرفیت معابر موجود به وجود می آید، به منظور اخذ سیاست های جدید در راستای رشد سیستم مشخص کرد.
تابع هدف سطح بالاتر در این مورد یک صورت ساده خطی دارد و بنابراین برای حل نسبت به دیگر انواع مسایل طراحی شبکه موجود راحتتر است.
تابع هدف بیشینهسازی ظرفیت ذخیره سیستم موجب میشود که طراحان سیستم تمایل بیشتری برای سرمایه گذاری در معابر با نرخ جریان بر ظرفیت بیشتر نشان دهند.
استفاده از این تابع هدف موجب جلوگیری از وقوع تناقض ظرفیت میشود که در همین تحقیق معرفی شد.
نویسندگان در ]26[ کار با ارزشی در این زمینه ارایه دادند. پایه مطالعات تحقیق آنها بر اساس کار]25[ بوده است. اختلاف کار آنها با کار ارایه شده پیشین در دو مطلب خلاصه میشود. اول این که در مقاله پیشیین مقدار ضریب تقاضای ماتریس مبدا-مقصد برای همه دارایههای ماتریس یکسان در نظر گرفته شده بود که این مقدار پس از تنظیم سیگنالهای ترافیکی همه تقاطعها بدست میآمد. اما در شرایط واقعی، موقعیت هر تقاطع با دیگری متفاوت است (از نظر میزان جمعیت منطقه درآمدها، تعداد مسیرهای مورد انتخاب برای کاربران،تعداد تقاطعها در یک مسیرو غیره) بنابراین، از آنجا که بیشترین سطح ازدحام ترافیک در برخی (نه همه) خیابانها و تقاطعها رخ میدهد، در این تحقیق مقدار ضریب تقاضای برای همه جفت مبادی و مقاصد یکسان فرض نشده، بلکه به صورت یک بردار نمایش داده شده است.
تفاوت دوم اینست که در مدل سطح بالا که تحت تصمیم گیری طراحان سیستم است، علاوه بر بردار متغیر زمان سیگنالهای ترافیکی، بردار متغیر تصمیمگیری افزایش ظرفیت خیابانها نیز اضافه شده و بنابراین در این سطح بدنبال بیشنیهسازی مقدار ظرفیت ذخیره سیستم توسط روش ترکیبی است که شامل تنظیم سیگنالهای ترافیکی در تقاطعها و افزایش ظرفیت خیابانهای مختلف است.
نویسندگان در ]27[ در یک مطالعه سودمند به مقایسه دو مفهوم ظرفیت ذخیره سیستم و زمان سفر برای کل کاربران شبکه در قالب دو تابع هدف بیشینهسازی ظرفیت ذخیره و کمینهسازی زمان سفر پرداختند. در این تحقیق، دو تابع هدف در مسایل جداگانه با پارامترهای یکسان و شبکه مشابه به کار گرفته شدند ومقدار بهینه هر یک در مساله مربوط به خود محاسبه شد. سپس، مقادیری متناسب با هر یک را به ازای مقدار بهینه دیگری بدست آوردند و با انجام مقایسات مختلف به نتایج جالبی دست یافتند. از جمله این که در شبکه ها با حجم تقاضای متوسط و کم، تابع هدف بیشنیهسازی ظرفیت تقاضا نتایج بهتری بدست می دهد. ولی با افزایش تدریجی حجم تقاضا در شبکه نتایج حاصل از دو تابع هدف به یک دیگر نزدیک می کردند.
کار آمده در ]28[ مطالعه دیگری است که به حل مساله طراحی شبکه با هدف بیشینهسازی ظرفیت ذخیره در قالب کاهش زمان توقف و افزایش ظرفیت معابر می پردازد، با این تفاوت که برای حل مساله از مفاهیم ریاضی مانند شرایط کروش –کیون- تاکر برای حل مدل استفاده کرده است. در این مطالعه، در مورد چراغ راهنمایی خیلی ریز به جزییات پرداخته و چندین عامل در نظر گرفته شد، از جمله زمان دور، زمان شروع و مدت زمان موثر رنگ سبز چراغ راهنماو از این قبیل. در این مقاله یک روش حل ترکیبی ارایه می شود که آن را SET نامیده است و ادعا می شود که در مقایسه با روش های حل ارایه شده پیشین جواب بهتری بدست می دهد.
در]29[ مساله پیدا کردن بیشینه افزایش ممکن در تقاضا سفر و تعیین میزان افزایش بهینه ظرفیت خیابانها را با استفاده ازمفهوم ظرفیت ذخیره برای تقاطعهای کنترلی فرمولبندی شد. برای حل مساله در نقاط کروش –کیون- تاکر روش پیش بینی گوس-نیوتون را ارایه کرد. دو نوع مساله ریاضی با محدودیت تعادلی برای حل کمینهسازی تاخیر و بیشنیهسازی ظرفیت ذخیره ارایه شد. روش گوسی-نیوتون ارایه شده، قابلیت حل کمینه سازی تاخیر در طراحی شبکه با چراغ راهنما و افزایش ظرفیت معابر را داراست. مسایل عددی کارایی و توانمندی SET ارایه شده در حل مسایل طراحی شبکه با چراغ راهنما را نشان داده اند، در حالی که ظرفیت ذخیره شبکه بر اساس کمینه سازی زمان تاخیر تنظیمات سیگنال بدست میاید.
چنانچه که در بخش مرور ادبیات اشاره شد، در قریب به اتفاق مطالعات صورت گرفته، غلبه با تابع هدف کمینهسازی زمان کل یا هزینه کل سفر کاربران در سطح شبکه بوده است. اما بیشینهسازی ظرفیت ذخیره به عنوان یکی از توابع هدف ارایه شده برای مسایل RNDP در معدودی از مطالعات درنظرگرفته شده است.
معمولا از ظرفیت ذخیره در مسایل طراحی شبکه پیوسته استفاده می شود. میاندوآبچی]30[ برای اولین بار از مفهوم ظرفیت ذخیره در یک مسالهDNDP استفاده کرد. وی طراحی جهت خیابانها، تعیین تعداد خط اضافه شده به شبکه برای افزایش ظرفیت معابر شبکه را با توجه به مفهوم ظرفیت ذخیره رافرمولبندی و برای حل مدل دوسطحی ارایه شده از روشهای بالا ابتکاری استفاده کرد.
بهینهسازی ظرفیت ذخیره در حالت تک هدفی در ترکیب با جهتدهی معابر و افزایش ظرفیت معابر در قالب متغیر گسسته و با در نظر گرفتن تنظیم چراغهای راهنمایی در تقاطعها توسط خوبان]44[ مطرح شد. در مطالعه انجام شده در ]44[، افزایش ظرفیت معابر به صورت تصمیم صفر و یک (افزایش یا عدم افزایش ظرفیت معبر) منظور شده است، در حالی که در این پایان نامه افزایش ظرفیت به صورت متغیر عدد صحیح در نظر گرفته میشود. هم چنین در]44[ تخصیص خطها در معابر دو طرفه با محدودیت تقارن است که در مقابل در این پایان نامه در حالت نامتقارن مدلسازی می شوند. همچنین، روشهای حل توسعه یافته در این پایان نامه متفاوت هستند.
به طور طبیعی، محاسبه ظرفیت ذخیره باید در هر مسیریابی ترافیکی انجام شود. وقتی تقاضای سفر در یک شبکه به حدی بالا می رود که به مرز اشباع آن نزدیک می شود، ازدحام ترافیک بر روی توریع جریان در مسیرهای شبکه تاثیر به سزایی می گذارد که این امر موجب ایجاد تغییر در الگوی جریان ترافیک و متعاقباً تغییر در مقدار ظرفیت ذخیره سیستم می گردد. بنابراین، الگوی جریان ترافیک و ظرفیت ذخیره بستگی به تنظیم سیگنالهای ترافیکی دارد. بنابراین، مسالهای که در این تحقیق با آن روبرو هستیم، یافتن بیشینه مقدار ممکن افزایش در تقاضای ترافیکی به وسیله تنظیم چراغ راهنمایی در تقاطعهای مختلف می باشد در حالی که به طور همزمان به یافتن رفتار کابران در انتخاب مسیر در سیستم می پردازیم.
یک طرفه یا دوطرفه کردن معابر و مسایل مربوطچنان که در بخش تعریف مساله اشاره شد، تصمیم برای یک طرفه یا دوطرفه کردن معابر از جمله تصمیمات میانمدت در طراحی شبکههای حملونقل شهری است. در بدو طراحی و توسعه شبکههای حملونقل شهری به مفهوم امروزی، حرکت در خیابانها به صورت دوطرفه منظور میشد، اما پس از جنگ جهانی دوم و با توسعه شهرنشینی و در نتیجه افزایش حجم رفتوآمد شهری با خودروها، مساله یک طرفه کردن حرکت در خیابانها به عنوان یک رویکرد برای کاهش ترافیک و روانتر کردن حرکت خودروها در مسیرهای پررفتوآمد شهری مطرح شد]31[. به طوری که طبق اشارات برخی منابع، این رویکرد ظرفیت ترافیکی خیابانها را بین 10 تا 20 درصد افزایش میدهد]32[.
اگر چه این رویکرد تا سالها پس از آن به شدت مورد قبول برنامهریزان ترافیک بود، اما در دهههای اخیر مقالات و مطالعاتی مدعی شدهاند که به دلایلی که به آنها اشاره خواهد شد، خیابانهای دوطرفه، باید دوباره جایگزین خیابانهای یک طرفه شوند. از جمله معایب رویکرد خیابانهای یک طرفه، میتوان به موارد زیر اشاره نمود (]32[،]33[):
افزایش سرعت حرکت در مسیرهای یک طرفه به دلیل افزایش ظرفیت جریان ترافیک در معبر مورد نظر.
جذب ترافیک بیشتر.
هدایت خودبه خودی بخشی از ترافیک به مسیرهای مجاور یا مسیرهای دیگری که از مطلوبیت لازم برخوردار نیستند.
کاهش ایمنی و افزایش تصادفات خودروها و عابران به علت کاهش محدودیتهای حرکت در مسیر.
افزایش تخلفات حرکت خلاف جهت در برخی مسیرهای یک طرفه کوتاه برای میانبر زدن.
کاهش دسترسی به مراکز تجاری واقع در دوطرف مسیرهای یک طرفه.
اما در مقابل دلایل زیر میتوانند به کارگیری مسیرهای دو طرفه را توجیه کنند:
سرعت حرکت پایین در معابر.
کاهش مجموع مسافت طی شده توسط خودروها به دلیل حذف مسیرهای غیرمستقیم.
افزایش دسترسی به مراکز تجاری و بهبود فعالیتهای اقتصادی.
امنیت بیشتر برای عابران.
مشکلتر شدن کنترل ترافیک.
در این راستا، مطالعات علمی برای مقایسه بین دو رویکرد مورد اشاره انجام شدهاند، به طور مثال واکر و همکاران ]32 [به طرفداری از به کارگیری مسیرهای دوطرفه، سیستمهای مسیرهای دوطرفه و یک طرفه برای مراکز شهری مورد مقایسه و یک متدولوژی ارزیابی برای تبدیل مسیرها به مسیرهای دوطرفه ارایه کردند. در مطالعهای دیگر، منگ و تو ]34[ شبیهسازی میکروسکوپی به منظور تحلیل شبکه خیابانهای یک طرفه و دو طرفه را به کار گرفتهاند. به عقیده نویسندگان مقاله، یکی از معایب ذاتی شبکه مسیرهای یک طرفه اینست که کاربران را به انجام سفرهای بیشتر و طی مسیرهای گردشی خارج از مسیر اصلی برای رسیدن به مقصد وادار میکند و در نتیجه مجموع مسافتهای طی شده در سفرها افزایش مییابد. هم چنین موجب افزایش برخورد خودروها با عابران در هر نوع تقاطعی میشود.
در هر حال، هر دو نوع رویکرد میتوانند در شرایط خاصی مورد استفاده واقع شوند و سیستم بسته به نیاز خود میتواند از مزایای هر یک متنفع شود. به عنوان مثال، خیابانهای یک طرفه بهترین گزینه برای مناطق مرکزی شهر با مسیرهای پرازدحام هستند. در مقابل، برای مناطق مسکونی میتوان از خیابانهای دوطرفه بهره برد. اما از دیدگاه کلیتر، تصمیم برای یک طرفه کردن خیابانها باید بر اساس تحلیلهایی دقیق و در رابطه با اثر هر یک از تصمیمات بر روی جریانهای ترافیکی و تاثیرات آنها در عملکرد کل شبکه معابر شهری صورت گیرد. لذا به کارگیری مدلهای تصمیمگیری ریاضی میتواند تصمیمگیران را در انتخاب سناریوهای مناسب یاری دهد.
مطالعات متعددی در رابطه با جهتدهی به معابر انجام شده اند که در تعدادی از آنها یک طرفه کردن همه معابر شبکه مطرح شده است. رابرتز و زو (]35[،]36[،]37[ و ]38[) ایده چنین مسالهای را برای شبکههای معابر شهری با حالات خاص توپولوژیکی شبکه مطرح کردهاند. شبکههای مطرح شده شامل خیابانهای عمودی و افقی متقاطعی هستند که یک طرفه کردن آنها با توجه به سه نوع تابع هدف که هر سه آنها وابسته به متغیر طول کوتاهترین مسیر بین هر دو گره هستند، انجام میشود.
هم چنین در برخی مطالعات، مساله یک طرفه کردن برخی از معابر مطرح شده است. لی و یانگ ]39[ مساله را ضمن در نظر گرفتن گردشهای ممکن در تقاطعها مدل سازی و حل کرده اند. درزنر و وسلوسکی ]40 [مساله را با رویکرد تخصیص همه یا هیچ و با تابع هدف مجموع فواصل طی شده توسط خودروها مطرح کرده اند. درزنر و سلهی (]41[،]42[) در ادامه کار مقاله قبلی، روشهای حل بالا ابتکاری را برای مساله ارایه کردهاند.
تصمیمات برای یک طرفه یا دوطرفه کردن معابر، به جهت وجود محدودیتهای فیزیکی در شبکههای شهری، همچون مسیرهای شبکههای حملونقل عمومی، نمیتوانند بدون در نظر گرفتن به تنهایی و به طور مجزا اخذ شوند. از سویی دیگر، به دلیل ارتباط این مساله با برخی تصمیمات دیگر در شبکههای معابر شهری از جمله توسعه ظرفیت معابر، بررسی توامان هر دو گروه میتواند منجر به نتایج بهتری در رابطه با عملکرد شبکه حملونقل شهری شود. در همین راستا، در این پایاننامه مسایل ترکیبی یک طرفه یا دوطرفه کردن معابر با سایر تصمیمات سطح استراتژیک و میان مدت در شبکههای معابر شهری بررسی میشوند.
توسعه‏ و نوآوری‏پایان نامهترکیب با تصمیمات RNDPدر نظر گرفتن مساله ترکیبی در این زمینه میتواند به عنوان توسعهای دراین پایان نامه مطرح شود. به طور کلی ترکیب تصمیم یک طرفهیا دوطرفه کردن معابر با تصمیمات عمده زیر در مسایل RNDPقابل بررسی است:
ترکیب با تصمیم برای ایجاد معابر جدید.
ترکیب با تصمیم برای افزایش ظرفیت معابر موجود به طور پیوسته یا گسسته.
ترکیب با تصمیم برای تخصیص بدون محدودیت تقارن خطها در معابر دوطرفه.
ترکیب با مساله تنظیم چراغهای راهنمایی.
ترکیب با مجموعهای از تصمیمات بالا.
برخی از مسایل ترکیبی بالا، پیش از این در معدودی از مطالعات مورد توجه قرار گرفته اند که REF _Ref263593260 h * MERGEFORMAT جدول ‏2 این مطالعات را نمایش میدهد. در یکی از مطالعات، درزنر و وسلوسکی ]40[، بر خلاف مطالعات معمول در RNDP، طراحی از ابتدای یک شبکه را مطرح می کنند و آن را با تصمیم برای یک طرفه کردن برخی معابر تلفیق کردهاند. تخصیص سفر به صورت همه یا هیچ است و تابع هدف عبارتست از هزینه سفر در شبکه به علاوه هزینه ایجاد یالها. کانتارلا و همکاران]15[مساله یک طرفه کردن تعدادی از معابر به همراه تنظیم چراغهای راهنمایی را مطرح کرده اند. یک طرفه کردن در این مطالعه، تنها محدود به خیابانهای دارای چراغ راهنمایی و در قالب تعیین توالیهایی از خیابانهای تماماً یک یا دوطرفه در فاصله بین هر دو چراغ راهنمایی میشود. تابع هدف مساله عبارتست از کمینه سازی کل زمان سفر کاربران.
کانتارلا و ویتتا ]16[ در ادامه مطالعه قبلی، تصمیم تخصیص خطها در دو طرف معابر را به مساله قبلی افزودهاند. در مدل سازی، محدودیتی برای یک طرفه کردن خیابانها منظور نشده است، اما در حل مسایل این فرض در نظر گرفته شده است. ویژگی یگانه این مطالعه در منظور کردن فرضیاتی است که قبلاً در هیچ یک از مطالعات CNDP یا DNDP مطرح نشده بودند. این موارد عبارتند از: در نظر گرفتن تقاضا به صورت متغیر با فرض وجود یک مد حملونقل عمومی مانند مترو که در مسیرهای جداگانه از معابر حرکت می کند و زمانهای سفر آن ثابت است. دوم، حل مساله برای تقاضای سفر در وضعیت پیک صبحگاهی و پیک عصرگاهی، سوم، درنظر گرفتن رفتار کاربران در انتخاب محل پارکینگ و تخصیص خطهایی از خیابان برای پارک خودروها، و چهارم، در نظر گرفتن توابع هدف متعدد برای مساله. توابع هدف مساله عبارتند از: مجموع کل زمانهای سفر در شبکه، کل زمان سفر در پیادهروها، میزان خروج گاز مونوکسید کربن، تعداد کاربرانی که خارج از محدوده مقصد خودرو را پارک میکنند، تعداد کاربرانی که به استفاده از حملونقل عمومی روی میآورند و کل زمان سفرها با حملونقل عمومی.
اخیرا گالو و همکاران ]19[مساله حل شده در ]15[را بدون اعمال محدودیت در انتخاب جهت برای معابر و با در نظر گرفتن مساله تخصیص سفر به صورتی نامتقارن توسعه داده و با یک روش بالا ابتکاری حل کردهاند.
میاندوآبچی و فراهانی]30[ ترکیبی از تصمیمات افزایش ظرفیت معابر، تخصیص بدون محدودیت و با محدودیت تقارن خطها در معابر دوطرفه با تصمیم یک طرفه یا دو طرفه کردن معابر را بررسی کرده اند. آنها یک مدل دوسطحی با تابع هدف افزایش ظرفیت ذخیره سیستم رابا روش های بالا ابتکاری حل کرده اند.
با توجه به جمعبندی ارایه شده در جدول2-2، به منظور ایجاد جامعیت در مساله مورد مطالعه، مساله به صورت ترکیبی از تصمیمات مربوط به افزایش ظرفیت معابر موجود و تخصیص بدون محدودیت تقارن خطها در معابر دوطرفه با تصمیم یک طرفهیا دوطرفه کردن معابر و تنظیم چراغ راهنمایی در تقاطعها منظور شده است. قابل توجه است که این ترکیب درهیچ مطالعهای مطرح نشده است.
تصمیمات افزایش ظرفیت معابر موجود در حالت گسسته و در قالب افزودن تعدادی خط به دو طرف خیابان منظور شده اند. تخصیص بدون محدودیت تقارن خطها در معابر دوطرفه در شبکههای معابر شهری واقعی کمتر مورد توجه قرار گرفته است. اما انعطافپذیری در تخصیص ظرفیت در دو جهت حرکت معبر قطعاً کارایی شبکه را نسبت به وضعیتی که در آن تخصیص تعداد خطهای یکسان در دو جهت معبر مجاز است افزایش می دهد]30[. بهینه سازی تنظیمات سیگنال در این مطالعه به صورت موضعی است.
جدول STYLEREF 1 s‏22- مقایسه مطالعات ترکیبی در RNDPنام مرجع جهتدهی
معابر ایجاد یک شبکه از نو ایجاد معابر
جدید در شبکه افزایش ظرفیت
معابر موجود تخصیص
خطها تنظیم چراغهای
راهنمایی
درزنر و وسلوسکی ]43[ میاندوآبچی و فراهانی]30[ میاندوآبچی و همکاران]45[ کانتارلا و همکاران]15[
کانتارلا و ویتتا ]16[
گالو و همکاران ]19[
محورهای مطالعاتی پایان نامه
مساله مورد مطالعه، در برگیرنده یک مساله از نوع MNDPاست که محورهای ارایه شده بخش قبلی را برای ترکیب تصمیمات در RNDP در نظر میگیرد. محوریت این مسایل بهبود ظرفیت ذخیره شبکه است که در مساله به عنوان تابع هدف مساله استفاده می شود.
در این مساله تابع تک هدفی بیشینهسازی ظرفیت ذخیره با تصمیمات ترکیبی زیرمدلسازی و حل می شود:
یک طرفه کردن و دوطرفه کردن معابر.
افزایش ظرفیت معابر موجود در قالب افزودن تعدادی خط به معابر.
تخصیص بدون محدودیت تقارن خطها در معابر دوطرفه.
تنظیم سیگنال های ترافیکی.
با توجه به پرکاربرد بودن الگوریتم ژنتیک در مسایل NDP و گزارشاتی که مبنی بر عملکرد بهتر این الگوریتم در این مسایل صورت گرفته است،از الگوریتم ژنتیک ترکیبی با شبیهسازی تبرید استفاده می کنیم.با بررسی انجام شده در MNDPاز الگوریتم زنبور عسل استفاده نشده است. در این پایان نامه از الگوریتم زنبور عسل همراه با الگوریتم ژنتیک استفاده کردیم.
از تابع هدف ظرفیت ذخیره در مسایل ترکیبی MNDP با متغیرهای تصمیم گیری توضیح داده شده در هیچ کاردیگری استفاده نشده است که به کارگیری آن میتواند به عنوان یک توسعه جدید مطرح شود.
مدل ریاضی پیشنهادی و روش حلتعریف مسالههدف از طرح این مساله حل ترکیبی یک طرفه یا دوطرفه کردن معابر با تصمیمات مربوط به اضافه کردن خط برای افزایش ظرفیت معابر و تنظیم سیگنالهای کنترلی در تقاطعها به منظور بیشینهسازی ظرفیت ذخیره شبکه معابر شهری است.
ویژگی‏های کلی مسالهمساله مورد مطالعه در این بخش عبارتست از تعیین تصمیمات MNDP به صورت زیر همزمان در قالب یک مساله واحد:
یک طرفه کردن و دوطرفه کردن معابر.
افزایش ظرفیت معابر موجود در قالب افزودن تعدادی خط به معابر.
تخصیص خطها بدون محدودیت تقارن در معابر دوطرفه.
تنظیم سیگنالهای کنترلی در تقاطعهای دارای چراغ راهنما.
فرضیات مسالهاهم مفروضات مساله عبارتست از:
یک شبکه با معابر تماماً دوطرفه از قبل موجود است و هدف بهبود عملکرد آن است.
متغیر تصمیم افزایش ظرفیت معابر به صورت گسسته و در قالب افزودن خطهای جدید به دو طرف معابر منظور شده است.

Related posts: