پایان نامه متدلوژی انتخاب مدل موثر ترافیکی جهت کارکردهای آنالیزی

پایان نامه برای دریافت درجه­ی کارشناسی ارشد  « M.Sc»

گرایش: راه و ترابری

زمستان  1393

چکیده

آنالیز ترافیک یک جزء ضروری و پیچیده­ سیستم های حمل­ و ­نقل است. برای انجام این تحلیل‌ها، ابزارهای آنالیز مختلفی وجود دارد که هر کدام  بر اساس یک نیاز خاص طراحی شده‌اند. این ابزارها به طور کلی در محدودیت­ها، قابلیت‌ها، متدلوژی، نیازهای ورودی و خروجی متفاوت هستند. هدف از متدلوژی انتخاب ابزارهای آنالیز ترافیک، کمک به مهندسان ترافیک، طراحان، و متخصصان عملیات ترافیکی در انتخاب نوع صحیح ابزار آنالیز ترافیک برای تسریع عملیات است. هدف دیگر، کمک به ایجاد ثبات‌ و یکنواختی تحلیل­ها در سراسر بخش‌های حمل‌ونقل دولتی و آژانس‌های حمل‌ونقل فدرالی/ منطقه­ای / محلی می­باشد. انتخاب ابزارهای مناسب آنالیز ترافیک برای یک پروژه­، نیاز به قضاوت، بینش و دانش دارد که تنها از سال‌ها تجربه و برنامه­های کاربردی بدست می­آید.

 در حال حاضر یک سیستم خبره وجود دارد که کار را به طور قابل ملاحظه­ای ساده­تر می­کند. با پاسخ دادن به چند سؤال در مورد ویژگی‌های کلیدی پروژه، سیستم خبره نوع ابزار تجزیه و تحلیل ترافیک را برای رسیدن به پاسخهای روشن ،کامل و سازگار که برای تصمیمات سرمایه گذاری حمل­و­نقل در جامعه ضروری است را پیشنهاد می دهد.

کلمات کلیدی: حمل و نقل، متدلوژی، تجزیه و تحلیل، ترافیک، سیستم خبره

فصل اول

کلیات تحقیق

1 کلیات

آنالیز ترافیک به عنوان یک جزء ضروری و پیچیده­ در برنامه­ریزی و ساخت­و­ساز، یکی از عوامل زیرساخت سیستم حمل­و­نقل ما است. برای انجام این تحلیل‌ها، ابزارهای آنالیز مختلفی وجود دارد که هر کدام  بر اساس یک نیاز خاص طراحی شده‌اند. برای استفاده درست­، این ابزارها پاسخ‌هایی با جزئیات کافی و صریح را برای  آگاهی دادن به تصمیم­گیرندگان در مورد اثرات احتمالی مثبت و منفی و راه­حل‌های جایگزین ارائه می‌کنند. ابزارهای تجزیه و تحلیل ترافیک به  انتخاب ابزار مناسب برای هر شغل کمک می­کنند. انتخاب ابزارهای مناسب آنالیز ترافیک برای یک پروژه­، نیاز به قضاوت، بینش و دانش دارد که تنها از سال‌ها تجربه و برنامه­های کاربردی بدست می­آید.

این ‌ابزارها تا به  امروز مهم بوده به صورت پیوسته مورد استفاده قرار می­گیرند. البته، در حال حاضر یک سیستم خبره نیز  وجود دارد که کار را به طور قابل ملاحظه­ای ساده­تر می­کند. با پاسخ دادن به چند سؤال در مورد ویژگی‌های کلیدی پروژه، سیستم خبره نوع ابزار تجزیه و تحلیل ترافیک را برای رسیدن به پاسخ­های کامل و سازگار برای  اجرای تصمیمات سرمایه گذاری در ایجاد حمل­و­نقل‌های سالم (بی عیب) در جامعه، تعیین می­کند. به طور کلی، این مطالعات نشان می‌دهند که چگونه انواع ابزارهای مختلف به مشکلاتی گسترده­ای که در برابر هر جامعه و سازمان وجود دارد به صورت قابل توجهی  در حل مشکلات موثر واقع شده‌اند[1].

1-2  بیان مساله اساسی تحقیق

با گذر زمان بدلیل توسعه شمار ناوگان­های حمل‌ونقل کشور و عدم توسعه یافتگی سایر اجزای سیستم حمل و نقل، این رشد باعث افزایش ازدحام ترافیک شده است در نتیجه پتانسیل و شمار تصادفات و تاخیرات ترافیکی افزایش و کیفیت زندگی کاهش یافته است. بنابراین متخصصین برای رفع مشکلات به وجود آمده و افزایش بهره­وری سیستم­های حمل­و­نقل موجود باید با استفاده از ابزارهای آنالیز ترافیکی، سیستم موجود را تجزیه و تحلیل کنند تا بتوانند در خصوص اثربخشی بالقوه یک استراتژی خاص نظر دهند. متاسفانه برای استفاده از متدولوژی و ابزارهای موجود در خصوص تجزیه و تحلیل ترافیک در کشورمان، راهنمایی وجود ندارد و مطالعات انجام گرفته نیز در صورت وجود بسیار کم و خیلی کلی می‌باشند. این پایان نامه به بررسی نحوه­ی شناخت روش­های تحلیلی مناسب برای انتخاب مدل مؤثر ترافیکی جهت کارکردهای آنالیزی می‌پردازد.

1-3  سوال تحقیق

برای اطمینان­یابی از اثر بخشی بالقوه یک استراتژی خاص در راستای مدیریت ترافیک از کدامیک از ابزارهای آنالیز ترافیک استفاد کنیم؟

1-4  فرضیه‌ها

با توجه به فرضیات مورد استفاده در ارائه مدل‌های تقاضای سفر و با در نظر گرفتن مشخصات غالب مسیرهای درون شهری موجود در شهر تبریز، استفاده از این مدل‌ها برای مباحث طراحی ترافیکی مناسب تر به نظر می­آید.

با توجه به فرضیات مورد استفاده در ارائه و با لحاظ مشخصات غالب مسیرهای درون شهری موجود شهر تبریز استفاده از این مدل‌ها برای مباحث برنامه ریزی ترافیکی مناسب‌تر خواهد بود

1-5  اهداف مشخص تحقیق

با توجه به عدم توسعه یافتگی کامل علمی کشورمان در مباحث ترافیکی و وابستگی موجود به آیین نامه‌ها و نرم افزارهای خارجی، نیاز به بررسی روش‌های آنالیزی و نرم افزارهای ارائه شده در این آیین نامه‌ها در راستای ارائه یک روش مدون برای انتخاب روش آنالیزی مؤثر با توجه به شرایط موجود احساس می‌شود. این روش مدون می‌تواند پس از انجام مطالعه موردی در این پایان‌نامه مورد استفاده تمامی متخصصین و فعالان علمی ترافیک کشور قرار گیرد. تمام مدل‌های ترافیکی را می‌توان در هفت قالب کلی قرار داد. این مدلها عبارتند از: مدل‌های شبیه­سازی میکروسکوپی، مدل‌های شبیه­سازی مزوسکوپی، مدل‌های شبیه­سازی ماکروسکوپیک، ابزارهای بهینه سازی علائم ترافیک، ابزارهای طرح و برنامه ریزی، مدل تقاضای سفر و ابزارهای تحلیلی و قطعی. در این پایان­نامه قرار است مؤثرترین مدل  در بین هفت مدل یاد شده براساس داده‌های ورودی برای اثرسنجی برنامه‌های ترافیکی موجود در شهر تبریز می­باشد.

 به طور کلی متدلوژی انتخاب ابزارهای آنالیزی ترافیک جهت کمک به مهندسان و متخصصان عملیات ترافیک در انتخاب نوع صحیح ابزار تجزیه و تحلیل ترافیک برای بهبود عملیات و همچنین کمک به ایجاد ثبات‌ تحلیلی در تمام بخش‌های حمل‌ونقل  می­باشد.

1-6 اهداف کاربردی

ارائه روشی مدون برای انتخاب روش آنالیزی مؤثر با توجه به شرایط موجود از میان تمامی مدل‌های قابل استفاده برای مهندسین مشاور راه و ترافیک و سایر سازمان‌های مرتبط از قبیل وزارت راه و شهرسازی، شهرداری‌ها، استانداری‌ها و فرمانداری‌ها، سازمان‌های ترافیک، وزارت کشور و نظام‌های مهندسی کشور می­باشد.

1-7  روش تحقیق

روش تحقیق به صورت استفاده از منابع کتابخانه­ای، آنلاین و همچنین ایجاد تعامل با شرکت‌های بین المللی تولید کننده نرم­افزارهای ترافیکی و استفاده از روش‌های مشابه با روش‌های مورد استفاده در برنامه‌های تولیدی و همچنین استفاده از روش مورد استفاده FHWA می‌باشد.

1-8  متغیرهای مورد بررسی

محدوده‌های جغرافیایی: منطقه مورد مطالعه شامل، تقاطع، جاده­ یک طرفه، کریدور و یا شبکه می­باشد.
 و غیره HOVانواع تسهیلات: آزادراه ها، رمپ‌ها، شریانی‌ها، میادین، خطوط
 مدهای سفر: وسیله نقلیه تک سرنشین، وسایل نقلیه پرسرنشین ، اتوبوس، قطار، کامیون، دوچرخه سواری و غیره
  استراتژی‌های مختلف مدیریت ترافیک و برنامه‌های کاربردی: اندازه گیری سطح شیب دار، هماهنگی علائم، مدیریت حادثه و غیره
 واکنش‌های مسافر: واکنش‌های مسافر به استراتژی‌های مدیریت ترافیک، مانند انحراف مسیر، انتخاب زمان حرکت، تغییر حالت، انتخاب مقصد و غیره گفته می­شود.

متغیرهای مربوط به اندازه­گیری ترافیک: سطح سرویس، اقدامات ایمنی (تصادفات، مرگ و میر)، زمان سفر، سرعت، وسیله نقلیه- ساعت سفر (VHT)، و اقدامات زیست محیطی (تولید گازهای گلخانه­ای، مصرف سوخت، سر و صدا) و غیره.

 متغیرهای مربوط به آنالیز سود­ و هزینه: سهولت استفاده، سخت افزار مورد نیاز، اطلاعات مورد نیاز، انیمیشن و غیره.

 براساس روش AHP به متغییرها مقادیری از 0(­کاملاً بی­ربط) تا 5­(کاملاً مرتبط) اختصاص خواهد یافت تا ابزارهای آنالیزی مناسب برای مطالعه مورد نظر  مشخص گردد.

1-9  ساختار پایان­نامه

با توجه به اهداف و روند فوق، ساختار پایان­نامه به صورت زیر می­باشد:

در فصل اول همانطور که ذکر شد به بیان کلیات، مسأله اساسی تحقیق، اهداف علمی و کاربردی، روش تحقیق و متغیرهای مورد بررسی پرداخته شده است.

در فصل دوم مروری بر مبانی نظری و پیشینه تحقیق خواهیم داشت و کارهائی که در این زمینه قبلاً انجام شده است توضیح داده می‌شود.

در فصل سوم به بررسی فرآیند تجزیه­و­تحلیل حمل‌ونقل، نقش ابزارهای تجزیه­و­تحلیل ترافیک، دسته­بندی ابزار تجزیه و تحلیل ترافیک، مقایسه HCM، شبیه­سازی و معیارهای انتخاب انواع ابزار تجزیه و تحلیل ترافیکی مناسب، پرداخته  می­شود.

در فصل چهارم فرآیند پیاده­سازی و بحث و ارزیابی نتایج حاصل از پایان­نامه ارائه می­شود.

در نهایت، فصل پنجم به نتیجه­گیری و ارائه پیشنهادات برای کارهای آینده اختصاص می­یابد.

فصل دوم

مبانی نظری و پیشینه تحقیق

1 مقدمه

شبیه­ ساز ترافیکی یکی از جدیدترین علوم مهندسی در شاخه حمل‌ونقل و ترافیک است و در کشورهایی که در زمینه ترافیکی پیشرفته هستند یکی از ملزومات برای تصویب طرح‌ها به شمار می‌آید. در واقع کار شبیه‌سازی تقلید رفتار یک سیستم واقعی است. امروزه شبیه‌سازی یکی از قویترین و مورد اعتمادترین ابزارهای تحقیق در عملیات و تحلیل سیستم‌هاست[2]. استفاده از شبیه­سازی در علم مهندسی ترافیک مزایا و کاربردهای گسترده ای دارد؛ از جمله این مزایا می‌توان به این نکته اشاره کرد که در شبیه‌سازی، قبل از آنکه در دنیای واقعی مشکلی به خاطر اعمال سیاست‌ها، روش‌ها، طراحی‌ها و غیره بوجود آید، می‌توان آن‌ها را در دنیای مجازی مورد بررسی قرار داد. به کمک علم شبیه سازی، طرح‌های مربوط به سیستم‌های مختلف حمل­و­نقل می‌توانند بدون پرداخت هزینه تأسیس یک مدل در دنیای واقعی، در دنیای مجازی آزمایش شوند[2].

2-2 مدل‌های شبیه‌سازی

بسیاری از ابزارهای شبیه­سازی ترافیک به منظور مطالعه کارایی­های زیست­محیطی و عملکردی تسهیلات حمل­ونقل توسعه یافته­اند. معیارهای کارایی عملکردی مدل‌های شبیه‌سازی به منظور بررسی کارایی سامانه در واژه‌هایی مثل ظرفیت، زمان سفر و تأخیر به کار می‌روند. از معیارهای کارایی زیست‌محیطی نیز به منظور بررسی تأثیر ترافیک بر آلودگی هوا استفاده می‌شود. با استفاده از معیارهای کارایی زیست­محیطی، می‌توان مدل‌های مربوط به کیفیت هوا و صدا را تولید کرد. مزیت استفاده از شبیه­سازی در سیستم حمل ونقل به علت توانایی آن در آزمایش و ارزیابی سیستم بدون ایجاد اختلال در ترافیک موجود یا قرار دادن خدمه‌کاری در خطر، بسیار زیاد است. علاوه بر آن، استفاده از شبیه­سازی برای تحلیل سیستم‌های ترافیک چندین مزیت دارد. نتایج بسیاری برای هر محدوده مورد مطالعه در طول مدت زمان نسبتاً کم از شبیه­سازی  بدست می­آید. از شبیه­سازی در روند برنامه­ریزی و مراحل اولیه طراحی تسهیلات استفاده می‌شود. در میان نرم افزارهای ترافیک، برخی از آنها قابلیت اتصال به سیستم­های کنترل ترافیک را دارند و با این قابلیت امکان پیش بینی وضعیت ترافیک در ساعت­های بعد و اطلاع استفاده­کنندگان و تصمیم­گیران شبکه معابر فراهم می­شود[3].

در نرم­افزار شبیه‌ ساز تمامی متغیرها به صورت کمیت محور تعریف شده‌اند و تحلیل نتایج با در نظر گرفتن تمامی جنبه‌های طرح بر­عهده مدیر طرح است. نرم‌افزارهای شبیه‌ساز شامل ورودی‌ها (انواع وسائل، حجم‌ها و غیره)، اجزای شبکه (قطعات راه، تقاطع‌ها، رمپ‌ها، حمل و نقل همگانی و غیره) و کنترل‌ها (کنترل تقاطع‌های چراغ دار، کنترل رمپ‌های ورودی) می‌باشند[2].

2-3 طبقه بندی مدل­های شبیه سازی ترافیکی