ارزیابی، شبیه سازی و یا بهینه‌سازی عملیات‌های تسهیلات و سیستم‌های حمل‌ونقل
مدلسازی عملیات موجود و پیش ­بینی نتایج احتمالی برای طرح پیشنهادی ارائه شده

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

ارزیابی زمینه‌های تحلیلی مختلف شامل، برنامه‌ریزی، طراحی وعملیات / ساخت و ساز پروژه‌ها
شکل ۳-۱ نشانگر یک نمای کلی از روند تجزیه و تحلیل حمل‌ونقل، همراه با ارزیابی زمینه‌های مختلف و انواع ابزارهای تجزیه و تحلیل ترافیک مورد استفاده در هر زمینه می­باشد. به طور معمول، آنالیزهای حمل‌ونقل بر مبنای سیاست‌ها و اهداف طرح و برنامه‌های حمل‌ونقل استانی/ منطقه‌ای / محلی است.
برای بهبود حمل‌ونقل (پروژه) نیاز به گذر از مراحل مختلف، شامل برنامه‌ریزی، توسعه پروژه، طراحی، پیاده‌سازی بوده و پس از اجرا، ارزیابی و اصلاح عملیاتی می­باشد. همانطورکه در شکل(۳-۱) نشان داده شده است، هر یک از این مراحل، نیازمند ابزارها و روش‌های تحلیلی متفاوتی می­باشند. مرحله برنامه‌ریزی اولیه پروژه معمولاً مستلزم استفاده از برنامه‌ریزی- طرح^[۲۸](برنامه ریزی اولیه) یا تکنیک‌های مدل سازی تقاضای سفر است. این روش‌ها به سازمان‌های دولتی در بهبود حمل ونقل مختلف کمک کرده و منجر به انتخاب تعدادی نماینده حمل و نقل بهبود یافته می‌شود. مراحل بعدی (مانند توسعه پروژه‌ها و یا تغییرات بعد ازپیاده سازی) معمولاً شامل استفاده از روش‌های سخت­تر و دقیق‌تر، از قبیل شبیه‌سازی و یا بهینه­سازی ترافیک می­باشد. نقش ابزارهای تجزیه و تحلیل ترافیک به طور کامل در زیر توضیح داده شده است[۲۰].
۳-۲ نقش ابزارهای آنالیز ترافیک
ابزارهای آنالیز ترافیک برای کمک به متخصصان حمل‌ونقل جهت ارزیابی استراتژی‌هایی که نشان دهنده بیشترین نیازهای حمل‌ونقل حوزه قلمرو خود می‌باشد، طراحی شده‌اند. به طور خاص، ابزارهای تجزیه و تحلیل ترافیک به کارورزان در موارد زیر می‌توانند کمک کنند[۲۰]:
بهبود فرایند تصمیم گیری: ابزارهای آنالیز ترافیک به کارورزان در رسیدن به تصمیمات بهتر برنامه‌ریزی/ مهندسی برای مشکلات حمل‌ونقل پیچیده کمک می‌کنند. این ابزارها برای تخمین تأثیر به کارگیری مدیریت ترافیک و استراتژی‌های دیگر و همچنین برای کمک به تعیین اولویت‌ها در میان پروژه‌ها استفاده می‌شوند. علاوه بر این، آن‌ها می‌توانند یک رویکرد منسجمی برای مقایسه­پیشرفت‌های بالقوه یا جایگزین ارائه کنند.
پتانسیل پروژه­ های ترافیکی آینده: از ابزارهای آنالیز ترافیک می‌توان برای آنالیز شرایط ترافیکی پروژه آینده استفاده قرار داد. این امر به ویژه برای بهبود برنامه‌ریزی بلند مدت و ارزیابی تأثیر آینده آن، مفید است.
ارزیابی و اولویت‌بندی گزینه‌های عملیاتی/ برنامه‌ریزی: به طور معمول شامل مقایسه شرایط « عدم ساخت » باگزینه ها(پیشنهاد ها)، که شامل انواع مختلفی از پیشرفت‌های بالقوه است. اثرات به عنوان اندازه‌گیری عملکرد گزارش شده و به عنوان تفاوت بین عدم ساخت و سناریوی گزینه‌ها (پیشنهاد)ها تعریف شده است. نتایج می‌تواند جهت انتخاب بهترین گزینه یا بهبود اولویت‌بندی، افزایش احتمال داشتن یک آرایش موفق مورد استفاده قرار گیرد.
بهبود طراحی و ارزیابی زمان و هزینه‌ها: ابزارهای تجزیه و تحلیل ترافیک در مقایسه با مطالعات آزمایشی، آزمایشات میدانی و یا هزینه اجرای کامل پروژه، نسبتاً کم هزینه هستند. علاوه براین، ابزارهای تحلیلی می‌توانند برای ارزیابی ترکیب آرایش چندگانه و یا سایر سناریوهای پیچیده در یک مدت زمان نسبتاً کوتاه مورد استفاده قرار گیرند.
کاهش اختلالات ترافیک: مدیریت ترافیک و استراتژی‌های کنترل درشکل‌ها و گزینه‌های مختلفی آمده است. ابزارهای تحلیلی، روشی برای برآورد ارزان اثرات آرایش کامل استراتژهای مدیریت ارائه نموده است. این ابزارها ممکن است برای تست اولیه مفاهیم سیستم‌های مدیریت حمل ونقل جدید بدون نیاز به یک آزمایش میدانی مورد استفاده قرار گیرند.
مدیریت ظرفیت موجود جاده‌ها: برخی ابزارها توانایی بهینه‌سازی و معرفی بهترین طراحی و یا کنترل سناریوها جهت به حداکثر رساندن عملکرد تسهیلات حمل‌ونقل را فراهم می‌کنند.
نظارت بر عملکرد: ابزارهای تحلیلی همچنین می‌توانند برای بررسی و نظارت بر عملکرد تسهیلات حمل‌ونقل موجود مورد استفاده قرار گیرند. در آینده، امید است که سیستم‌های نظارت بتواند در یک فرایند تحلیلی به طور مستقیم ‌و در زمان واقعی با ابزارهای تحلیلی ارتباط داشته باشند.

شکل (۳-۱): بررسی اجمالی روند آنالیز حمل‌ونقل [۲۰]

۳-۳ طبقه بندی ابزارهای آنالیز ترافیک
هدف این موضوع ارائه راهنمایی در انتخاب نوع مناسب ابزار تحلیلی می‌باشد. تا به امروز، روش‌ها و ابزارهای آنالیز متعدد ترافیک توسط سازمان‌های دولتی، سازمان‌های پژوهشی و مشاوران مختلف توسعه داده شده ­اند. ابزارهای آنالیز ترافیک می‌توانند به بخش‌های زیرطبقه­بندی شوند[۲۰]:

۳-۳-۱ ابزارهای طرح- برنامه‌ریزی

به طور کلی منظور از بزرگی برآوردهای تقاضای سفر و عملیات ترافیک در پاسخ به پیشرفت‌های حمل‌ونقل، تولید روش‌ها و ابزارهای طرح و برنامه‌ریزی است. آن‌ها بدون آنالیز مهندسی عمیق، اجازه بررسی پروژه‌ها یا گزینه‌های خاص را دارند. ابزارهای طرح-برنامه‌ریزی، همه یا برخی از توابع ابزارهای تحلیلی دیگر را با بهره گرفتن از روش‌های تحلیلی ساده و بیشتر داده‌های جمع آوری شده انجام می‌دهند. به عنوان مثال، یک مهندس بزرگراه به سادگی می‌تواند مقدار هزینه لازم برای اضافه کردن یک خط به جاده موجود با بهره گرفتن از تکنیک‌های برنامه‌ریزی طرح اولیه و بدون انجام یک ارزیابی کامل محل را تخمین بزند . به طور مشابه، ترافیک نسبت حجم به ظرفیت است که اغلب در تجزیه و تحلیل تراکم استفاده می‌شود. این تکنیک­ها در درجه اول برای آماده سازی مقدماتی بودجه‌ها و پیشنهادات مورد استفاده قرار می­گیرند و جایگزینی برای آنالیز مهندسی دقیق درنظر گرفته نمی‌شوند و معمولاً در فرایند پیاده­سازی موردنیاز هستند. بنابراین، برنامه‌ریزی- طرح معمولاً ساده­ترین و کم­هزینه‌ترین روش از تکنیک‌های آنالیز ترافیک است. با این حال، تکنیک‌های طرح و برنامه‌ریزی معمولاً در دامنه، قدرت تحلیلی و قابلیت‌های ارائه، محدودیت دارند.
به طور کلی این ابزارها برای پیاده سازی آسان بوده و هزینه کم تری نسبت به بسته‌های نرم افزاری پیشرفته برای انجام تجزیه و تحلیل عمیق مهندسی دارند. بدلیل انعطاف پذیری آن‌ها، این ابزارها اغلب توسط کارکنان سازمان و یا مشاوران برای یک پروژه خاص توسعه یافته‌اند. برنامه ریزی طرح اغلب به عنوان یک جایگزین برای توسعه مدل‌های پیچیده تقاضای سفر برای پیش بینی تقاضای سفر آینده استفاده می‌شوند و ممکن است بر اساس GIS یا مبتنی بر صفحه گسترده^[۲۹](کامپیوتر) باشند. در هر صورت، صفحه گسترده و یا برنامه GIS، برای شبیه سازی و پیش بینی جریان‌های ترافیک در آینده مورد استفاده قرار می­گیرد.
یک صفحه گسترده بر اساس پس پردازنده می‌تواند در رابطه با یک مدل تقاضای سفر برای تخمین ترافیک در روی جاده‌های محلی، پیش بینی الگوهای ترافیک و انحراف طرح‌های (ابزارهای) توسعه برای مقیاس‌های کوچک تر، و شناسایی بازارهای سفر که ممکن است آماده برای حمل‌ونقل و مسافرت غیر موتوری باشند، کار کند.

۳-۳-۲ مدل تقاضای سفر

مدل تقاضای سفر دارای قابلیت‌های تحلیلی خاص مانند پیش بینی تقاضای سفر با در نظر گرفتن انتخاب مقصد، انتخاب حالت، انتخاب زمان روز سفر، انتخاب مسیر و نمایش جریان ترافیک در شبکه بزرگراه می­باشد. این‌ها مدل‌های ریاضی هستند که تقاضای سفر آینده را براساس شرایط فعلی، پیش بینی آتی خانوار و ویژگی‌های اشتغال پیش ­بینی می‌کنند. مدل‌های تقاضای سفر در ابتدا برای تعیین فواید و تأثیر ارتقاء بزرگراه‌های اصلی در مناطق کلان شهری توسعه یافته بودند. با این حال، آن‌ها برای ارزیابی استراتژی‌های مدیریت سفر، مانند سیستم‌های هوشمند حمل‌ونقل و راهبردهای عملیاتی طراحی نشده بودند. مدل تقاضای سفر فقط قابلیت محدودی در تعیین دقت برآورد تغییرات ایجاد شده در ویژگی‌های عملیاتی (مانند سرعت، تأخیر، و صف بندی) و در نتیجه اجرای ITS و استراتژی عملیاتی آن دارد. این نارسایی و ناکارآمدی به طور کلی به دلیل نمایش ضعیف از ماهیت پویا از ترافیک در مدل تقاضای سفر رخ می‌دهد.

۳-۳-۳ ابزارهای تحلیلی و قطعی (مبتنی برHCM)

بیشتر ابزارهای تحلیلی و قطعی روش‌های HCM را اجرا می‌کنند. روش‌های HCM، فرم بسته، ماکروسکوپیک، قطعی و روش‌های تحلیلی استاتیک هستند که ظرفیت و عملکرد اقدامات لازم برای تعیین سطح خدمات را تخمین می‌زنند (به عنوان مثال، چگالی، سرعت، و تأخیر). این روش­ها فرم بسته هستند زیرا تکراری نمی‌شوند. کارورزان داده‌ها و پارامترها را وارد می‌کنند و پس از توالی مراحل تحلیلی، روش HCM یک جواب واحد ارائه می‌کند. علاوه بر این، روش های HCM ماکروسکوپیک (مقدار ورودی و خروجی با عملکرد متوسط در طول دوره تحلیلی ۱۵ دقیقه ای و یا ۱ ساعتی)، روش قطعی HCM (هر مجموعه داده شده از ورودی‌ها همیشه عملکرد همان جواب را خواهد داشت) و استاتیک (متوسط شرایط عملیاتی را در طی یک دوره زمانی ثابت پیش بینی می‌کنند و با تغییر در عملیات‌ها از یک سیستم به حالت دیگرکار ندارند)، وجود دارد. به این ترتیب، این ابزارها ظرفیت، چگالی، سرعت، تأخیر، و صف بندی‌های مختلف تسهیلات حمل و نقل را بسرعت پیش بینی می‌کنند و با داده‌های میدانی، در تست بسترهای آزمایشگاهی یا آزمایش‌های با مقیاس کوچک معتبر هستند. ابزارهای تحلیلی و قطعی برای آنالیز عملکرد تسهیلات حمل و نقل مجزا یا در مقیاس کوچک خوب هستند، با این حال، توانایی آن‌ها در آنالیز اثرات شبکه و یا سیستم محدود است. روش HCM و نقاط قوت و محدودیت‌هایش با جزئیات بیشتر در بخش ۳-۴ مورد بحث قرار گرفته است.

۳-۳-۴ ابزارهای بهینه سازی علائم ترافیک

روش‌های ابزار بهینه سازی ترافیک مثل ابزارهای تحلیلی و قطعی عمدتاً بر اساس روش‌های HCM می­باشد. با این حال، ابزارهای بهینه سازی ترافیک عمدتاً برای توسعه مرحله‌بندی (فازها) و برنامه‌های زمان بندی علائم بهینه برای تقاطع‌هایی با سیگنال جدا شده (برنامه‌های زمان بندی برای مجزا کردن تداخل سیگنال‌ها)، خیابان‌های شریانی و یا سیگنال شبکه، طراحی شده‌اند و این ممکن است شامل محاسبات ظرفیت، طول چرخه، بهینه سازی انشعابات از جمله چرخش به سمت چپ و طرح‌های هماهنگی/ افست باشد. بعضی از ابزارهای بهینه سازی می‌تواند برای بهینه سازی میزان اندازه گیری سطح شیبدار برای کنترل رمپ آزادراه مورد استفاده قرارگیرند. بیشترابزارهای پیشرفته بهینه سازی ترافیک قادر به مدل سازی فعال و نیمه فعال سیگنال‌های ترافیک، با و یا بدون هماهنگی علائم هستند.

۳-۳-۵ مدل‌های شبیه‌سازی ماکروسکوپیک

مدل‌های شبیه‌سازی ماکروسکوپی بر اساس روابط قطعی جریان، سرعت و چگالی سیلان ترافیک می­باشند. شبیه سازی در مدل ماکروسکوپیک بر اساس بخش به بخش صورت می‌گیرد نه با پیگیری وسایل نقلیه منحصر به فرد. مدل‌های شبیه سازی ماکروسکوپی در اصل به مدل ترافیک در زیر شبکه‌های فرعی حمل‌ونقل متمایز همچون آزادراه، کریدور (مانند بزرگراه و شریانی‌های موازی)، شبکه­ خیابان­های سطحی و راه های روستایی توسعه یافته بستگی دارد. این مدلها مجموع وسایل نقلیه و شبیه سازی جریان ترافیک را در افزایش زمان کوتاه در نظر می‌گیرند. مدل شبیه سازی ماکروسکوپی بر اساس مجموع روابط سرعت، حجم و تقاضا و ظرفیت است. اعتبار (صحت) مدل‌های شبیه‌سازی ماکروسکوپیک مستلزم همانندسازی الگوهای تراکم مشاهده شده می­باشد. ارزیابی بزرگراه بر اساس هر دو اطلاعات اجرا تاکومتر و سرعت نمودارهای کانتور ساخته شده برای دوره‌های تحلیلی است، که پس از آن جمع می‌شوند تا الگوی تراکم « نمونه » را فراهم کنند (بنابراین جمع می‌شوند تایک الگوی تجمیع نمونه فراهم کنند). تأیید و ارزیابی اولیه سطح خیابان بر اساس اطلاعات مربوط به سرعت، صف، تأخیر، و ظرفیت است. مدل‌های ماکروسکوپی بطور قابل ملاحضه ای نیاز کمتر به کامپیوتر نسبت به مدل‌های میکروسکوپیک دارند. با این حال، توانایی انجام آنالیز حمل و نقل با جزئیات بیشتر به اندازه مدل‌های میکروسکوپی ندارند و در ارزیابی خود از تغییرات در سیستم‌های حمل‌ونقل، تولید سفر، توزیع سفر و انتخاب حالت را در نظر نمی‌گیرند.

۳-۳-۶ مدل‌های شبیه سازی مزوسکوپی

مدل مزوسکوپی ترکیبی از خصوصیات مدل‌های شبیه سازی میکروسکوپی و ماکروسکوپی است. همانند مدل‌های میکروسکوپی، واحد ترافیک برای مدل‌های مزوسکوپی، وسیله نقلیه شخصی است. مشابه مدل‌های شبیه سازی میکروسکوپی، ابزارهای مزوسکوپی به انواع وسیله نقلیه و رفتار راننده و همچنین روابط خود با ویژگی‌های سواره رو اختصاص دارد. با این حال، حرکت آن‌ها از رویکرد مدل‌های ماکروسکوپی پیروی می‌کند و با سرعت متوسط در مدت سفر کنترل می‌شود. در مدل مزوسکوپی پیش بینی سفر در سطح کل صورت می‌گیرد و روابط پویای حجم و سرعت را در نظر نمی‌گیرد. به این ترتیب، ارائه مدل‌های مزوسکوپی میزان راحتی و کاربر پسندی کمتری نسبت به ابزار شبیه سازی میکرو دارند، اما برتری نسبت به تکنیک‌های آنالیز برنامه ریزی معمولی دارند.

۳-۳-۷ مدل‌های شبیه سازی میکروسکوپی

مدل‌های شبیه سازی میکروسکوپیک حرکت وسایل نقلیه شخصی را براساس تئوری‌های تعقیب خودرو و تغییر خط شبیه سازی می‌کنند. به طور معمول، وسایل نقلیه با بهره گرفتن از توزیع‌ آماری بدست آمده(فرایند تصادفی) وارد شبکه حمل‌ونقل می‌شوند و از طریق همان شبکه در طول فواصل زمان کوتاه ردیابی می‌شوند (به عنوان مثال، ۱ ثانیه یا کمتر از۱ثانیه). معمولاً، بمحض ورود، به هر وسیله نقلیه یک مقصد، یک نوع خودرو، و یک نوع راننده تخصیص داده می­ شود. در بسیاری از مدل‌های شبیه سازی میکروسکوپی، خصوصیات عملیات ترافیکی هر خودرو بوسیله درجه عمودی، انحنای افقی، و درجه بلندی بر اساس روابط توسعه یافته در تحقیقات قبلی تحت تأثیر قرارگرفته­اند. مهم‌ترین ابزار کالیبراسیون و اعتبار سنجی مدل شبیه‌سازی میکروسکوپی از طریق تنظیم عوامل حساسیت راننده بدست می‌آید. برای مدل‌های میکروسکوپی زمان کامپیوتر و نیازهای ذخیره سازی (فضای لازم برای ذخیره سازی) مهم هستند و معمولاً از طریق محدود کردن اندازه شبکه و تعداد اجراهای شبیه سازی می‌تواند پوشش داده شوند.
جدول (۳-۱): مزایا و چالش‌های ابزارهای آنالیز عملیاتی[۲۱]

ابزار/ مواد و روش‌ها
مزایای استفاده
چالش‌ها

ابزارهای برنامه‌ریزی طرح

• هزینه پایین
• زمان‌های آنالیز سریع
• نیاز به اطلاعات محدود
• نمایش «تصویر بزرگ»

– در دامنه، قدرت تحلیلی و قابلیت‌های ارائه محدودیت دارد