بخشی از مقاله
بررسی و ارزیابی کاربرد نرم افزارهاي Synchro و HCS در تحلیل تقاطعات چراغ دار شهري
خلاصه
تقاطعات به عنوان گره هاي حمل و نقل شهري، مهمترین عامل ایجاد تاخیر در شبکه حمل و نقل شهري می باشند. از این رو طراحی و بهینه سازي آن ها از اهمیت خاصی برخوردار است. نرم افزارهاي مختلفی جهت تحلیل، طراحی و بهینه سازي تقاطعات وجود دارند. از آن جا که این نرم افزارها بر اساس آیین نامه و شرایط ترافیکی کشور خود طراحی شده اند، استفاده از آن ها منوط به تطبیق با شرایط ایران می باشد. از نرم افزارهاي رایج در ایران که بر اساس آیین نامه آمریکا عمل می کنند می توان HCS و Synchro را نام برد. در این مقاله با توجه به شبیه سازي، تاخیر چند تقاطع در شهر تهران با استفاده از نرم افزارهاي HCS و Synchro محاسبه می شود و با مقایسه آن ها با نتایج حاصل از مشاهدات، تیپ تقاطع مناسب جهت تحلیل به وسیله هر نرم افزار ارائه میشود.
کلمات کلیدي : , Synchro , HCS تقاطعات چراغ دار
مقدمه
شبکه حمل و نقل شهري از دو بخش معابر و تقاطعات تشکیل می گردد. با توجه به اینکه تقاطع ها به عنوان گره هاي شبکه حمل و نقل شهري ، بیشترین تأخیر را به وسایل نقلیه تحمیل می کنند. یکی از مهم ترین روش ها براي گشودن گره کور ترافیک در شهرها بهینه سازي عبور در تقاطعات و استفاده از روش هاي نوین در کنترل ترافیک می باشد. بنابراین عملکرد مناسب چراغ هاي راهنمایی از اهمیت بسزایی برخوردار است . زمان بندي مناسب منجر به کاهش تأخیر وارد بر خودروها می گردد . این امر علاوه بر کاهش فشار روانی رانندگان باعث صرفهجویی در مصرف سوخت و انرزي خواهد شد. براي مثال در تقاطع هاي یورك 3 در ایالت ویریجینا با کم کردن تأخیر در تقاطعات، تنها با زمان بندي مناسب چراغ ها، سالانه 65 هزار دلار به نفع رانندگان صرفه جویی شده است.[1] در ایالت کالیفرنیا در سال 1983 براي تعداد 1535 تقاطع چراغدر شهر با هزینه 2 میلیون دلاري بهینه سازي صورت گرفت و زمان تأخیر وارد بر خودروها %14 کاهش یافت. از زمان سفر %6/5 و مصرف بنزین %6 کاسته شد که این رقم معادل 6/4 میلیون گالن بنزین در سال خواهد شد که رقمی حدود 8 میلیون دلار صرفه جویی خواهد بود.[2] امروزه در بسیاري از کشورها از نرم افزارهاي مختلف جهت طراحی و بهینه سازي عملکرد تقاطع استفاده میشود. این امر سبب به دست آوردن بهترین عملکرد با صرف کمترین وقت و هزینه خواهد شد . در کشور ما نیز استفاده از این نرم افزارها براي تحلیل تقاطع، روز به روز بیشتر می شود. اما این نرم افزارها بر اساس آیین نامه و شرایط فرهنگی کشور خود عمل می نمایند. استفاده از آن ها در هر شرایط و فرهنگی نه تنها کارایی لازم را ندارد بلکه باعث گرفتن نتیجه معکوس خواهد شد. این که براي تقاطعی خاص از کدام نرمافزار باید استفاده کرد سوالی است که تا کنون جواب دقیقی براي آن یافت نشدهاست. و در پروژههاي اجرایی به جاي انتخاب نرمافزار بر اساس همخوانی نرمافزار با شرایط تقاطع مورد نظر، شاهد استفاده نرمافزارها به صورت سلیقهاي یا تصادفی هستیم. این امر اغلب موجب طراحی نامناسب ودر نتیجه هدر رفتن وقت و انرژي خواهد شد. از نرم افزارهاي رایج در ایران که بر اساس آیین نامه آمریکا عمل می کنند می توان HCS و Synchro را نام برد . در این تحقیق با توجه به شرایط مختلف، 10 نمونه تقاطع انتخاب شده است. سعی شده نمونه ها به نحوي انتخاب شوند که بیشتر حالات ممکن براي یک تقاطع را پوشش دهند. سپس با توجه به شبیه سازي، تاخیر تقاطع با استفاده از نرم افزارهاي HCS و Synchro محاسبه می شود و با مقایسه آن ها با نتایج حاصل از مشاهدات میدانی، تیپ تقاطع مناسب جهت تحلیل به وسیله هر نرم افزار پیشنهاد می گردد.
معرفی نرم افزارها
Synchro نرم افزاري براي مدل کردن و بهینه کردن زمانبندي چراغ هاي راهنمایی است . Synchro از روش دستورالعمل ICU1 براي اندازه گیري ظرفیت تقاطع استفاده میکند. دراین روش حجم جاري را با ظرفیت نهایی تقاطع مقایسه می کنند.[3] همچنین Synchro از مطالب مربوط به خیابان هاي شهري، تقاطعات چراغ دار و تقاطعات بدون چراغ 2000 استفاده مینماید. این نرمافزار توانسته است با روشی ساده براي تحلیل ظرفیت تقاطعات چراغ دارو بهینه کردن زمانبندي آنها زمینهاي مناسب را فراهم کند.
محاسبات تاخیر یکی از بخشهاي اساسی بهینه سازي هدف در Synchro می باشد. در این نرمافزار کاربر قادر است تاخیر را از دو روش به دست آورد. روش Percentile که بیشتر بر اساس فرمول هاي HCM استوار است و روش Webster که طریقه محاسبه تاخیر در آن توسط فرمول پیشنهادي Webster میباشد. [4]
Synchroاین قابلیت را به شما می دهد تا برنامه هاي زمانبندي بهینه اي را تولید کنید. و نیز تقسیم بندي فازها و طول چرخه را بهینه خواهد کرد. این نرمافزار تاخیر ها و تعداد توقف ها را بهینه می نماید و قابلیت تغییر لحظه اي دارد. وقتی شما مقادیر ورودي را تغییر می دهید نتایج به صورت اتوماتیک تغییر می کند . در این نرم افزاربرنامه زمانبندي براي درك آسان به صورت دیاگرام هاي زمانبندي نشان داده می شوند. شبیهسازي انجامشده در این نرمافزار می-تواند به عنوان ورودي نرمافزارهاي دیگر مانند HCS و Simtraffic که قابلیت نمایش متحرك شبیهسازي را دارد، استفادهشود.
این نرم افزار داراي پنجرههایی جهت ترسیم تقاطع و جداولی جهت وارد کردن ا طلاعات ورودي نظیر حجم، تعداد خطوط هر رویکرد و ... میباشد. قابل ذکر است که در تحقیق صورت گرفته از مدل 4 این نرم افزار استفاده شده است.
HCS داراي دستورالعملی کاملا منطبق بر آیین نامه HCM می باشد. بخش هاي مختلف در صفحه اصلی نشان دهنده فصول مختلف آیین نامه بوده و کلیه عملیات داخل آن ها معمولا به شکل کاربرگ هاي ارائه شده در آیین نامه نمایش داده می شوند. در این تحقیق از مدل a3,1 استفاده می شود. دکمه هاي موجود در صفحه اصلی نشان دهنده بخش هاي مختلف نرم افزارند. اگر مکان نما را روي هر یک از آن ها نگه دارید موضوع آن بخش به صورت نوشته نمایان خواهد شد. براي انتخاب هر فصل کافی است دکمه مربوط به آن را فشار دهید. در قسمت تقاطعات چراغدار این نرمافزار از دوبخش طراحی و زمان بندي 2 تقاطع چراغدار و تعیین نحوه عملکرد3 تقاطع تشکیل شدهاست. بخش طراحی در واقع همان ارزیابی نحوه عملکرد است با این تفاوت که تقاطع در دست طراحی است و هنوز ساخته نشده است، برخی اطلاعات که باید برداشت شوند به صورتی که در پیشفرض آمده است در نظر گرفته میشود. در نتیجه سرعت بیشتر و دقت کمتر خواهدشد. ازاینرو در این تحقیق از بخش تعیین و ارزیابی نحوه عملکرد تقاطع استفاده شدهاست. صفحه ارزیابی عملکرد چراغ از دو قطعه تشکیل شده است . قطعه بالایی بیشتر به منظور وارد کردن داده است و توسط خود کاربر تکمیل خواهد شد . اما بخش پایینی، شکل قالب بندي شده اطلاعاتی است که در بخش بالایی وارد می شود. این بخش به صورت فعال عمل می کند. یعنی تغییرات در بالا بلافاصله و به صورت خودکار توسط نرم افزار در پایین اعمال می شود. با این روش در صورت تمایل کاربر می توان بخش هاي مختلف گزارش را با ورود به بخش پایین مشاهده نماید.
انتخاب تقاطع:
اولین گام در مطالعه، انتخاب نمونههایی (تقاطعهایی ) در سطح شهر است تا مطالعات بر روي آنها انجام گیرد. بدین منظور نمونههاي لازم باید براساس ضوابط و ملاك هاي مشخصی انتخاب گردد تا محدودهاي وسیع از شرایط موجود و عملکردي را تحت پوشش خود قرار دهند. شاخصهاي اولیه که براساس آن تقاطعهایی در سطح شهر انتخاب گردیدند عبارتند از :
- نوع تقاطع
- تعداد حرکتهاي موجود در تقاطع
- طرح فازبندي تقاطع
- تعداد نقاط برخورد در هر فاز تقاطع
- نوع کنترل تقاطع
- درجه اشباع بحرانی تقاطع
- موقعیت جغرافیایی تقاطع
- نوع ناحیه شهري تقاطع
- شرایط محیطی تقاطع
- مشخصات هندسی تقاطع در نهایت براساس ملاكهاي انتخابی مشخص شده، 10 تقاطع به شرح زیر انتخاب شدهاند تا دامنه وسیعی از شرایط عملکردي را دربرگیرند.
تقاطع شهید عراقی-خواجه عبداالله انصاري تقاطع گیلان-بنیهاشم تقاطع مینیسیتی-لشکرك
تقاطع بنیهاشم-خواجه عبداالله انصاري تقاطع آبشناسان-جنتآباد تقاطع آبشناسان-سردار جنگل تقاطع مدائن-شهید رجایی تقاطع صیادي-شهید رجایی تقاطع بعثت-شهید رجایی تقاطع بعثت-شهید بخارایی
جدول1 که در ادامه آمده است، خلاصهاي از اطلاعات مربوط به تقاطع هاي انتخابی براساس ملاكهاي تعیینشده را ارائه میدهد. با توجه به جدول تقاطعات انتخابی نماینده حالتهاي مختلفی هستند که هر تقاطع در سطح شهر ممکن است داراي آن باشد.
با توجه به جدول شماره 1 ، چهار تقاطع عراقی-خواجه عبداالله انصاري، آبشناسان -جنتآباد، بعثت -شهید رجایی و بعثت-شهید بخارایی داراي جریان فوق اشباع میباشند. و شش تقاطع باقیمانده در بیشتر مواقع جریان زیر اشباع دارند . پنج تقاطع در شرایط محیطی متوسط، چهر تقاطع در شرایط محیطی ضعیف و یک تقاطع در شرایط محیطی خوب قرار دارند. در مجموع میتوان گفت خصوصیات و ملاكهاي مورد نظر و عنوان شده در تقاطعات انتخابی وجود دارند و این تقاطعات میتوانند نمونه مناسبی براي تعیین تیپ تقاطع مناسب جهت تحلیل با هر نرمافزار باشند.
از نکات مهم و تاثیرگذار در طراحی و تحلیل تقاطعات نحوه اجراي حرکت گردش به چپ در این تقاطعات میباشد. حرکت گردش به چپ میتواند به صورت همزمان با حرکت مستقیم رویکرد مخالف انجام گیرد که به آن گردش به چپ مجازشده گویند . اما در برخی تقاطعات بنا به دلایلی مانند حجم زیاد وسایل نقلیه که قصد گردش به چپ دارند، این حرکت به گونهاي انجام میشود که با جریان مخالف برخورد نداشته باشد. در واقع در حالت محافظت شده براي حرکت گردش به چپ زمان جداگانه در نظر گرفته میشود. در جدول شمارة 2 اطلاعات مربوط به نوع حرکت گردش به چپ در تقاطعهاي انتخابی ارائه میگردد. اگر در رویکردي حرکت گردش به چپ وجود نداشته باشد با ((-)) مشخص شده است. با دقت به جداول 1 و2 بیشتر میتوان به جامع بودن تقاطعات انتخاب شده پی برد.
برداشت اطلاعات مورد نیاز :
پس از انتخاب تقاطعهاي مورد نظر در سطح شهر بر اساس شاخصها و ملاکهاي انتخابی، برداشت اطلاعات مورد نیاز از هر یک از این تقاطعها صورت گرفت. ابتدا مشخصات هندسی که شامل نوع کاربریهاي موجود در محل تقاطع و نوع منطقه، تعداد خطوط، میانگین عرض خطوط، شیب رویکرد، تعیین نوع خطوط هر رویکرد و طول انبارة خطوط گردش به چپ است، جمع آوري شد. سپس مشخصات ترافیکی که شامل حجم ترافیک، درصد وسایل نقلیه سنگین، ضریب ساعت اوج، تعیین حجم عبوري و درصد هر حرکت در خطوط مشترك، حجم گردش به راست در دورة قرمز، توقف اتوبوس و مانور پارکینگ است، برداشت شد. در این تحقیق برداشت حجم وسایل نقلیه به تفکیک سنگین (اتوبوس، مینیبوس، کامیون)، سبک و موتورسیکلت در طول 3 ساعت ترافیک عصر - 19) 16 در فصل بهار ) و 17-20) در فصل تابستان) در کلیه وروديهاي تقاطع به صورت همزمان انجام شده است به گونهاي که امکان تعیین ساعت اوج عصرگاهی وجود داشته باشد. همچنین کلیه برداشتها در بازههاي زمانی 15 دقیقهاي صورت گرفته است. حجم عابر پیاده نیز در هر رویکرد براساس شمارش تعداد عابرینی که در ساعت اوج تقاطع اقدام به عبور از محدودة 30 متري تقاطع مینمودند به دست آمد. در مرحله سوم مشخصات چراغ راهنمایی شامل نوع کنترل تقاطع، طول چرخه، فازبندي، زمان سبز، زمان تلفشده، برداشت شد. در نهایت براي مقایسه نتایج شبیهسازي نرمافزارها با شرایط میدانی،تاخیر میدانی محاسبه و ذخیره شد. براي این کار باید زمان سفر و زمان آزاد به طور جداگانه برداشت میشد. براي برداشت زمان سفر، با انتخاب وسیله نقلیهاي در تقاطع، اقدام به اندازهگیري مدت زمان صرف شده توسط وسیله نقلیه براي عبور از تقاطع گردید. این کار در ساعت او ج تقاطع صورت گرفت. براي هر حرکت مجاز این کار در حدود 20 تا 30 بار انجام گرفت و میانگین به عنوان زمان سفر در نظر گرفتهشد. براي برداشت زمان آزاد نیز با توجه به طول متوسط پسزدگی صف در دورهاي که در طی آن اقدام به برداشت زمان سفر گردید، این طول در زمانی که هیچ مانع ترافیکی وجود ندارد (ساعتهاي آخر شب) با سرعت آزاد طی شد و زمان ثبت شده به عنوان زمان سفر آزاد معرفی گردید . با توجه به نتایج حاصله از برداشت زمان سفر و زمان سفر آزاد در هر رویکرد، تفاضل این دو مقدار منتج به تعیین زمان تأخیر میگردد. همچنین با توجه به حجم موجود در هر رویکرد تقاطع متوسط زمان تأخیر تقاطع نیز مشخص شد.
مقایسه نتایج محاسبه تاخیر توسط نرمافزارهاي مختلف با برداشت میدانی
پس از وارد کردن اطلاعات هر تقاطع به صورت جداگانه در نرمافزارهاي مشخص شده، به بررسی دادههاي خروجی و نتایج به دست آمده از هر نرمافزار پرداختهشد. شاخص مقایسه همانطور که پیشتر گفته شد، زمان تاخیر رویکردهاي مختلف و نیز زمان تاخیر کل تقاطع بود. از نرمافزار Synchro هر دو نوع زمان تاخیر (Webster , Percentile) و از نرم افزار HCS زمان تاخیر محاسبه شده توسط نرمافزار، به دست آمد و با برداشت میدانی مقایسه شد. براي نمونه، نتایج این محاسبات براي تقاطع مینیسیتی- لشکرك در شکل1وجدول3 نشان داده شده است.
