مهندس رضا بهزاد
بهمن 92
برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
چکیده
 
کنترل رمپ، یکی از موثرترین استراتژی‌های مدیریت بزرگراه است و مزایای زیادی در مواردی مانند افزایش خروجی در گلوگاه‌ها، کاهش زمان سفر، تعداد تصادفات و … ایجاد کرده است. کنترل رمپ شامل دو محدودیت درحال رقابت با هم است: ظرفیت بزرگراه و صف رمپ. اجرا و ارزیابی کنترل رمپ نشان می‌دهد که این دو محدودیت با توجه به فرض نادرست ثابت بودن ظرفیت و برآورد نادرست طول صف نمی‌توانند موفق عمل کنند. در این پایان نامه، دو روش بهبود یافته برای برطرف کردن این مشکلات در بحث ظرفیت پیشنهاد شده است. روش اول، برآوردی است از ظرفیت لحظه­ای که برای پرداختن به کاستی­های ظرفیت که به طور ثابت در نظر گرفته شده است، مناسب است. هنگامی که تراکم شروع می­شود، استفاده از ظرفیت عملی متغیر با زمان توصیه شده است. این موضوع با روش میانگین متحرک بر اساس ترافیک لحظه‌ای محاسبه شده است. روش ترکیبی روی استراتژی کنترل ناحیه طبقه بندی شده[1] از طریق نرم افزار شبیه‌سازی میکروسکوپیک  AIMSUNمورد آزمایش قرار گرفت. روش دوم یک استراتژی پیشنهادی برای کنترل رمپ، با محدود کردن احتمال است. این موضوع ابتدا با مطالعه تابع چگالی احتمال برای ظرفیت در شرایط متفاوت جریان در طول دوره انجام شد. بررسی‌ها نشان داد که توزیع ظرفیت لحظه­ای در محدوده­ی سطح اشغال و تراکم به صورت توزیع احتمال نرمال است. در این روش، مقدار ظرفیت بر اساس شرایط لحظه‌ای ترافیک و احتمال قابل قبول در سطح ریسک تعیین شده به صورت پویا تغییر می­کند. جهت ارزیابی بهره­وری محدودیت ظرفیت تصادفی پویا، یک متدلوژی برای الگوریتم  ZONEبه کار گرفته شد و از طریق شبیه‌سازی میکروسکوپیک مورد آزمایش قرار گرفت.
 
کلمات کلیدی: ظرفیت عملی بزرگراه، کنترل رمپ، محدودیت احتمال، رفتار تصادفی
 
فهرست مطالب
 
1 کلیات تحقیق ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….1
1-1 مقدمه 2
1-2 شرح مسئله 3
1-3 اهداف پژوهش 5
1-4 سابقه تحقیق و اهمیت پژوهش 5
1-5 فرضیه‌های پژوهش 6
1-6 روش انجام پژوهش 7
1-7 مراحل پژوهش 7
1-8 دامنه کاربرد 8
2 پیش زمینه و مروری بر تحقیقات گذشته ……………………………………………………………………………………………….. 9
2-1 مقدمه 10
2-2 بهبود در برآورد ظرفیت بزرگراه 10
2-2-1 برآورد ظرفیت لحظه‌ای 12
2-2-2 برآورد جریان ترافیک کوتاه مدت 14
2-3 الگوریتم‌های کنترل رمپ 15
2-3-1 الگوریتم  ALINEA 17
2-3-2 الگوریتم  Bottleneck 18
 
3 مبانی و اصول و متدولوژی …………………………………………………………………………………………………………………………… 21
3-1 استراتژی‌های کنترل رمپ استفاده شده در پژوهش 22
3-1-1 الگوریتم ZONE 22
3-1-2 استراتژی کنترل Zone طبقه بندی شده (SZM) 24
3-1-3 ارزیابی مقدماتی 27
3-2 برآورد ظرفیت لحظه‌ای 27
3-2-1 برآورد ظرفیت نظری بزرگراه‌ها 28
3-2-1-1 روش جدید HCM برای تعیین ظرفیت یا حداکثر تردد سرویس در بزرگراه‌های چند خطه 29
3-2-1-2 طبیعت تصادفی 31
3-2-1-3 بسته نرم افزار R 32
3-2-2 برآورد ظرفیت عملی 33
3-2-2-1روش میانگین متحرک 34
3-3 کنترل رمپ با محدودیت احتمال 36
3-3-1 مدل خطی جبری برای کنترل رمپ 36
3-3-2 برنامه‌ریزی احتمال محدود شده رفتار تصادفی 38
3-4 معرفی محور مورد مطالعه 40
4 روش پیشنهادی در برآورد ظرفیت بزرگراه (مطالعه موردی: بزرگراه نیایش)………………………..42
4-1 مقدمه 43
4-2 روش اول: برآورد ظرفیت لحظه‌ای 44
4-2-1 تاریخ‌های آزمایش 44
4-2-2 روش پیشنهادی 45
4-2-2-1 برآورد ظرفیت نظری 47
4-2-2-2 برآورد ظرفیت عملی 52
4-2-2-3  اشغال بحرانی 55
4-2-3 آزمایش و نتایج 56
4-2-3-1 فرایند کالیبراسیون 56
4-2-3-2 پویایی ظرفیت متغیر با زمان 58
4-2-4 بهبود عملکرد 59
4-3 روش دوم: کنترل رمپ با محدودیت احتمال 62
4-3-1 رفتار تصادفی ظرفیت بزرگراه تحت شرایط متفاوت جریان 62
4-3-1-1 محل آزمایش 63
4-3-1-2 روز آزمایش 63
4-3-1-3 جمع آوری داده‌ها 64
4-3-1-4 برازش توزیع نرمال 67
4-3-1-5 معنای توزیع ظرفیت تصادفی آزادراه 69
4-3-2 الگوریتم ZONE در بزرگراه نیایش با در نظر گرفتن محدودیت احتمال 72
4-3-2-1 الگوریتم ZONE با در نظر گرفتن محدودیت احتمال 72
4-3-2-2 آزمایش شبیه سازی 75
4-3-2-3 فرایند معتبرسازی 75
4-3-2-4 نتایج آزمایش 76
5 نتایج و

پیشنهادات ……………………………………………………………………………………………………………………………………………80
5-1 نتایج 81
5-2 پیشنهادات 83
6 مراجع 85
چکیده انگلیسی……………………………………. 92
 
 
 
 
 
فهرست جداول
 
جدول ‏4‑1: درصد خطای مطلق میانگین (MAPE) برای 40 ایستگاه 55
جدول ‏4‑2: مقایسه کنترل SZM اصلی و SZM بهبود یافته (ساعت 13 الی 16) 61
جدول ‏4‑3: سطح سرویس (HCM، 2000) 65
جدول ‏4‑4: دسته بندی اشغال 65
جدول ‏4‑5: داده‌های آماری برای دو گلوگاه 68
جدول ‏4‑6: تغییرات MOEs بر حسب درصد (کنترل Zone با محدودیت احتمال در مقایسه با کنترل Zone) 78
 
 
 
 
 
فهرست اشکال
 
شکل ‏3‑1: ترتیب داده‌های جدید  ثانیه‌ای جریان ترافیک در بازه زمانی t 35
شکل ‏3‑2: اجزای کنترل رمپ در بزرگراه 36
شکل ‏4‑1: دو محدوده‌ی مورد مطالعه در بزرگراه نیایش 45
شکل ‏4‑2: مشاهدات در دو ایستگاه بررسی شده از دومحدوده‌ی بزرگراه نیایش 46
شکل ‏4‑3: مقادیر ظرفیت اندازه‌گیری شده در دو ایستگاه بررسی شده در دو محدوده‌ی بزرگراه نیایش 48
شکل ‏4‑4: میانه و میانگین داده‌های ظرفیت 49
شکل ‏4‑5: چولگی و کشیدگی داده‌های ظرفیت 50
شکل ‏4‑6: نمودار هیستوگرام داده‌های ظرفیت 50
شکل ‏4‑7: نمودار Q-Q نرمال داده‌های ظرفیت 51
شکل ‏4‑8: تست نرمال بودن P-Value برای داده‌های ظرفیت 51
شکل ‏4‑9: صدک 95 برای دو محدوده‌ی تحت مطالعه 52
شکل ‏4‑10: ترتیب داده‌های جدید  ثانیه‌ای جریان ترافیک در بازه زمانی t 53
شکل ‏4‑11: پویایی ظرفیت متغییر با زمان 59
شکل ‏4‑12: موقعیت دو گلوگاه 62
شکل ‏4‑13: زون بندی در بزرگراه نیایش 63
شکل ‏4‑14: رابطه‌ی جریان- اشغال به مدت دو روز 66
شکل ‏4‑15 : نمودار هیستوگرام و نمودار Q-Q نرمال در محدوده‌ی اشغال 0~15% 69
شکل ‏4‑16: نمودار هیستوگرام و نمودار Q-Q نرمال در محدوده‌ی اشغال 40~30% 69
شکل ‏4‑17: احتمال تجمعی ظرفیت (محدوده اشغال: 0~15%) 71
شکل ‏4‑18: ظرفیت بر حسب درصد در دو گلوگاه با استفاده از روش کنترل Zone اصلی 77
شکل ‏4‑19: تصویری از AIMSUN هنگام تحلیل 79
 
 
 
 
 
فصل اول
کلیات تحقیق
 
 

    1-1 مقدمه
رشد جمعیت و اشتغال، با اتکای بر خودرو و سیستم‌های بزرگراهی به عنوان ابزار اصلی تحرک شهری همراه شده است، این موضوع مسئولیت عظیمی در بخش زیرساخت های حمل و نقل وارد کرده است. با توجه به توسعه شهری، عدم دسترسی راه‌ها و محدودیت‌های زیست محیطی، اضافه کردن خطوط بیشتر و یا ساخت بزرگراه اضافی راه حل‌هایی بلند مدت نیستند. در عوض، استراتژی‌های مدیریت موثر در بزرگراه در حال توسعه برای به حداکثر رساندن استفاده از زیرساخت‌های موجود ترجیح داده می‌شود.
 
رمپ می‌تواند به عنوان اتصال بین دو تسهیلات بزرگراه تعریف شود که شامل مقطعی از راه با طول کافی است تا ایمنی پیوستن وسایل نقلیه از رمپ ورودی به مسیر اصلی را تضمین نماید. با افزایش تقاضای وسایل نقلیه در رمپ ورودی، موقعیت‌های نامعینی برای پیوستن به بزرگراه شلوغ بوجود می‌آید. برای کنترل تقاضای اضافه شده به رمپ ورودی، چندین استراتژی کنترل رمپ[2] با محدود کردن تعداد وسایل وارد شده به جریان اصلی توسعه یافته‌اند. کنترل رمپ، یکی از موثرترین استراتژی های مدیریت بزرگراه، به مدت طولانی بوده که قادر به تولید مزایای زیادی برای عموم خواهد بود. مواردی از قبیل افزایش میزان خروجی[3] در گلوگاه‌[4]ها، کاهش زمان سفر، بهبود قابلیت اطمینان زمان سفر و کاهش تعداد تصادفات و همچنین انتشار آلودگی وسایل نقلیه )2001 (Cambridge Systmatics,. در این روش کنتورهای رمپ به صورت علائم ترافیکی کنترل کننده که بر روی رمپ‌های ورودی آزادراه‌ها و بزرگراه‌ها نصب می‌شوند، میزان خودروهایی که به خط اصلی وارد می‌شوند را کنترل می‌نمایند. به طوری که میزان جریان پایین دست افزایش نیابد. بدین وسیله انتقال حداکثر جریان ترافیک با سرعت یکنواخت امکان پذیر است.کنترل رمپ‌ها در تخلیه ترافیک در یک نرخ اندازه‌گیری شده بر اساس شرایط لحظه‌ای[5] ترافیک نقش دارند، در نتیجه به خاطر اجتناب از نقض توازن حساس تقاضا- ظرفیت[6] در مسیر راه اصلی[7] جریان ترافیک آرام ادامه می‌یابد. از سوی دیگر، کنترل رمپ‌ها ترافیک رمپ را با استفاده از شکستن دسته[8]‌های ورودی وسایل نقلیه به منظور کاهش اغتشاش در نواحی همگرا تنظیم می‌کنند. در نتیجه تصادفات برخورد از پهلو و عقب که ناشی از محدودیت دسترسی رمپ هستند کاهش می‌یابند. با این حال، کنترل رمپ‌ها پتانسیل ایجاد صف‌های طولانی را دارند که ممکن است موجب انسداد[9] جریان از رمپ بالادست و اغتشاش در عملکرد سطح خیابان شود.
 

1-2 شرح مسئله
 
یک استراتژی کنترل رمپ موثر و موفق به طور کلی روابط بین جریان خط اصلی و زمان انتظار وسیله نقلیه و صف در ورودی رمپ‌ها را بهبود بخشیده و متعادل می‌سازد. بنابراین، دو محدودیت در تعارض کنترل رمپ عبارتند از: ظرفیت بزرگراه و صف رمپ. یک نمونه استراتژی اجرا شده کنونی، کنترل ناحیه طبقه بندی شده یا (SZM) می‌باشد. در این استراتژی، محدودیت‌ ظرفیت بررسی شده است. در نظر گرفتن این محدودیت‌، از یک سو، تعادل بین ظرفیت تقاضا را در بزرگراه حفظ می‌کند؛ از سوی دیگر، تاخیر حداکثر رمپ تحت شرایط مرزی از پیش تعیین شده را در بیشترین حد ممکن نگه می‌دارد.
 
با این حال، پیاده سازی و ارزیابی استراتژی‌های کنترل رمپ نشان می‌دهد که این محدودیت به دلایل زیر نمی‌تواند رضایت بخش عمل کند. اول اینکه، فرض بر اینست ظرفیت بزرگراه ثابت و مقداری از پیش تعیین شده است. ظرفیت ثابت برای برخی از برنامه‌های کاربردی مانند طراحی و برنامه‌ریزی بزرگراه کافی است، اما برای عملکرد لحظه‌ای بزرگراه مانند کنترل رمپ مناسب نیست. مقدار ظرفیت ثابت اغلب بزرگتر از مقدار ظرفیت موجود در شرایط حاکم است. این موضوع منجر به تراکم[10] بالا در بزرگراه‌ها خواهد شد که به دلیل آزاد سازی بیش از حد وسایل نقلیه از رمپ ها به وجود خواهد آمد. از طرفی دیگر، مقدار ظرفیت ثابت کمتر از مقدار واقعی منجر به ایجاد صف‌های طولانی در رمپ خواهد شد. دوم اینکه، روش دقیق برای تخمین طول صف در رمپ وجود ندارد. معمولا یک معادله رگرسیون واحد که از پیش کالیبره شده به منظور برآورد طول صف در تمام رمپ ها استفاده می‌شود. این یک مورد برای استراتژی SZM فعلی است. ارزیابی دقیق (Liu و همکاران، 2007) نشان می‌دهد که گاهی اوقات مدل برآورد طول صف مقداری کم‌تر از مقدار واقعی را نشان می‌دهد که این موضوع منجر به افزایش زمان انتظار[11] خواهد شد. در رمپ‌های دیگر نیز که طول صف بالاتر از واقعیت در نظر گرفته میشود، نتیجه آن آزاد سازی[12] بیشتر وسایل نقلیه در راه اصلی و تسریع در شروع تراکم خواهد بود.
 
در این پایان نامه، دو پتانسیل ارتقا دهنده برای مقابله با مشکلات مطرح شده پیشنهاد شده است. پیشنهادها بر اساس طراحی بهبود یافته برای روش برآورد ظرفیت بزرگراه است که ظرفیت را