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 چراغ۱۳ می نامند. نسبت زمان سبز چراغ راهنما را به کل زمان دور نرخ سبز۱۴ 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 فاز۱۵ 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 ونقل
در 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[۷].
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 جادهای
یکی 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- پیرو۱۶ یا بازی استکلبرگ۱۷، و در نتیجه در قالب یک مدل برنامهریزی دو سطحی۱۸ 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]۸[. 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:
(۱-۱)
(U^0)
min┬u⁡〖F(u,v(u))〗
(۱-۲)
s.t.
G(u,v(u))≤۰ ,
که در آن v(u)با حل مدل زیر مشخص می شود.
(۱-۳)
(L^0)
min┬v⁡〖f(u,v)〗
(۱-۴)
s.t.
g(u,v)≤۰ .

واضح است که مدل دو سطحی از دو زیر مدل تشکیل شده است: U0 که به عنوان مساله سطح اول یا سطح بالا۱۹ و L0 که به عنوان مساله سطح دوم یا سطح پایین۲۰ تعریف میشود. F و u در مساله U0 به ترتیب تابع هدف و بردار متغیرهای تصمیم طراحی شبکه برای تصمی
مگیران 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-کورنت۲۱مدل 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 پروژه
مساله 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 تحقیق

این مطلب مشابه را هم بخوانید :   recasts، uptake

در 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 RNDP
مطالعات مرتبط با طراحی شبکه معابر شهری از نظر نوع متغیرهای تصمیم، توابع هدف، تقاضای سفر و نوع مساله تخصیص سفر قابل طبقهبندی هستند. در ]۱۰[، 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 ]۸[ 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 ]۱۱[،]۱۲[و ]۱۳[ 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 ثابت۲۲: در این حالت فرض میشود که میزان تقاضا بین هر دو نقطه در شبکه معین و ثابت است.
تقاضای متغیر یا الاستیک۲۳: 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]۸[. 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 تصادفی۲۴: 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 مو
رد 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 ذخیره۲۵ 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 مصرف۲۶: 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 تعیی

برای دانلود متن کامل فایل این  پایان نامه می توانید  اینجا کلیک کنید