بخشی از مقاله
. مقدمه
در دنياي امروز، گستردگي و فواصل بين نفاط مختلف دنيا با وجود مسائل ارتباطاتي مختلفي با يكديگر متصل گرديده است. وسايلي چون تلفن، تلفكس و اينترنت با بكارگيري سيستم‌هاي مدرن، ماهواره‌اي فواصل را بسيار كوتاه نموده است. اما عليرغم تمامي پيشرفت‌هاي تكنولوژيكي در اين زمينه، لزوم ارتباط‌هاي مستقيم از بين نرفته است، بلكه با پيشرفت تكنولوژي اين لزوم گاهي بيشتر نيز شده است. وسايل حمل و نقل كه ابزار اين ارتباط مستقيم در جابجايي كالاها و انسان‌ها مي‌باشند، نيز همگام با حركت تكنولوژي پيشرفت كرده‌اند،
كه اين پيشرفت در تمامي سيستم‌هاي حمل نقل اعم از جاده‌اي راه‌آهن، دريايي، هوايي و ديگر وسايل حمل و نقل بوده است. توسعه‌ي شبكه‌هاي ارتباطي نيز عنصر اصلي در حمل و نقل مي‌باشد كه بهره‌وري از سيستم‌هاي حمل و نقل را ميسر مي‌سازد. در دنياي صنعتي امروز، برنامه‌ريزي و مدلسازي هميشه تقدم بر امور ديگر دارد و حل مدل‌هاي مختلف هميشه راهگشا در امرترقي بوده است.
در مسائل حمل و نقل و در برنامه‌ريزي‌هاي حمل و نقل، غالباً آزمون يك مدل واقعي معمولاً پرهزينه مي‌باشد و اگر بخواهيم كه چندين مدل را را آزمون نموده تا مدل بهينه انتخاب شود يا از نظر اقتصادي مقرون به صرفه نيست و يا امكان‌پذير نمي‌باشد. لذا امروز شبيه‌سازي به عنوان يك متدولوژي حل مسائل و تجزيه و تحليل مدل‌ها از اهميت به سزايي برخوردار مي‌باشد. تكنيك شبيه‌سازي اين امكان را به ما مي‌دهد كه قبل از اجراي مدل واقعي آن را در كامپيوتر تست نماييم و اگر دادههاي تئوريك مدل به صورت دقيق انتخاب شود، نتايج آن نزديك به واقعيت مي‌گردد و برنامه‌ريزان با استفاده از نتايج آن مي‌توانند در اصلاح مدل و يا تكميل آن قدم بردارند.
توانايي شبيه‌سازي در مدلسازي سيستم‌هاي پيچيده به علت سادگي روش از يك سو و پيشرفت سيستم‌هاي كامپيوتري براي حل مدل‌هاي ايجاد شده از سوي ديگر، اين تكنيك را از سايرين ممتاز مي‌نمايد.
حمل و نقل و مسائل آن به دليل وجود پا به دقيق تئوريكي بسيار سازگار و قابل انطباق در برنامه‌هاي كامپيوتري براي شبيه‌سازي يا حل بسيار مناسب مي‌باشند و امروزه نرم‌افزارهاي گوناگون حمل و نقل ترافيكي در خدمت كارشناسان اين زمينه مي‌باشد. يكي از اهداف اين پروژه، نگرش بر برنامه‌هاي كامپيوتري حمل و نقل مخصوص برنامه‌هاي شبيه‌سازي مي‌باشد كه مورد استفاده فراواني در سيستم‌هاي ترافيكي زميني، هوايي و دريايي دارد.
1-1 شبيه‌سازي كامپيوتري
روش‌هاي تحليل رياضي، هرجا كه ممكن باشد، مطلوب‌ترين و دقيق‌ترين روش براي مطالعه سيستم‌ها مي‌باشد، زيرا اين روش‌ها معمولاً با كمترين كوشش، جواب‌ها يا نتايجي را توليد مي‌كنند كه براي مقادير مختلف پارامترهاي مدل قابل محاسبه بوده و ميزان دقت آنها صددرصد مي‌باشد، اما وقتي كه روش‌هاي تحليلي، به علت پيچيدگي مدل‌ها يا نياز به توليد واقعي‌تر رفتار سيستم غيرعملي مي‌باشند، آنگاه روش‌هاي مطالعه سيستم از طريق شبيه‌سازي مطرح مي‌گردند.
در شبيه‌سازي كامپيوتري، مدلي كه از سيستم تحت بررسي ساخته مي‌شود كه به صورت يك برنامه كامپيوتري است. يعني كليه اشياء و نماهاي سيستم به ساختارهاي برنامه‌اي و كليه مشخصات و رفتار آنها به متغيرها و توابع رياضي تبديل مي‌گردند. قوانين و روابط حاكم بر سيستم، بر ساختارها و ارتباطشان با يكديگر در اجراي برنامه جاري مي‌باشد.
شبيه‌سازي كامپيوتري به علت عملي بودن در اغلب موارد و دارا بودن امتيازهاي خاص خود براي بررسي و مطالعه اغلب سيستم‌ها از قبيل حمل و نقل، سيستم‌هاي صنعتي، توليدي، ترافيك، انبارداري و ... بگار مي‌رود. مزاياي اين روش كه باعث توجه بيشتر به آن و افزوني موارد كاربرد آن گشته مي‌توان به شرح زير برشمرد:
1. داشتن قدرت متراكم كردن زمان: بدين ترتيب كه بوسيله شبيه‌سازي كامپيوتري ممكن است چندين سال از فعاليت يك سيستم را در چند ثانيه ملاحظه و بررسي نموده و در نتيجه بررسي كننده قادر است، چندين طرح از يك سيستم را در يك فرصت كوتاه مطالعه نموده و نتايج عملكرد آنها را مقايسه نمايد.
2. داشتن قدرت گسترش زمان: بوسيله جمع‌آوري آمار و اطلاعات لازم در برنامه شبيه‌سازي، بررسي كننده قادر است جزئيات تغييراتي كه در زمان واقعي قابل مشاهده يا مطالعه نمي‌باشند، در اين روش قابل كنترل و بررسي هستند. اين عمل با كمك كند نمودن زمان در مدل صورت مي‌گيرد.
3. در يك بررسي گاه لازم است كه حركت زمان (مشاهده و بررسي سيستم) را متوقف كرده و نتايج بدست آمده تا اين لحظه را مطالعه نموده و پس از تصميمات لازم، بررسي را از همان نقطه توقف از سرگرفت. لازمه اين نيازمند اين است كه تمام پديده‌هاي وابسته به سيستم و بررسي آن، وضعيت خود را تا شروع مجدد بررس و آزمايش دقيقاً حفظ كنند. اين امكان در همه روش‌هاي مطالعه سيستم‌ها وجود ندارد، ولي در شبيه‌سازي كامپيوتري عمل مذكور به راحتي صورت مي‌گيرد.
4. شبيه‌سازي كامپيوتري قادر به بررسي تغييرات جديد در سيستم‌هاي موجود و مطالعه سيستم‌هايي كه در مرحله طرح مي‌باشند، قبل از مصرف هرگونه نيرو، سرمايه و زمان براي پيشرفت يا ايجاد فيزيكي آنها مي‌باشد. همچنين در بررسي و آزمايش سيستم‌ها فرصتي كه احياناً ايجاد و مطالعه آنها بوسيله روش‌هاي ديگر غيرممكن يا خطرناك مي‌باشد، با اين روش امكان‌پذير است.
5. شبيه‌سازي كامپيوتري، اين امكان را به مطالعه‌گر مي‌دهد كه يك آزمايش يا بررسي را با حفظ كليه شرايط اوليه و رفتار سيستم بوسيله يك برنامه تكرار كند. در هر يك از دفعات تكرار تنها مقادير بعضي از پارامترها را به منظور دريافت اثر آنها بر رفتار سيستم و نتايج حاصل تغيير مي‌دهد.
6. در هنگامي كه دادههاي مساله كامل نبودهع و همچنين نتوان توزيع صحيح داده‌ها را نيز بدست آورد.
7. سيستم را نتوان در حالت حقيقي آزمون نمود، زيرا ممكن است هزينه‌اي زياد، خسارت فراوان و يا از نظر ايمني، مشكلاتي را بوجود آورد.
2- نرم‌افزارهاي شبيه‌سازي آزادراه‌ها و بزرگراه‌ها
در زمينه شبيه‌سازي آزادراه‌ها، نسخه‌هاي متعددي از نرم‌افزارهاي مختلف وجود دارند و مورد استفاده قرار مي‌گيرند. از بين نرم‌افزارهاي مختلف مدل INTRAS تنها مدل ريزنگر شبيه‌سازي آزادراه‌ها مي‌باشد كه به شرح آن پرداخته خواهد شد:
در زمينه كلان‌نگري نيز مدل‌هاي متعددي نظير FRECON2, FREQ, CORQ (كه بر پايه نسخه‌هاي ابتدايي MACK, FREFLO نوشته شده است) وجود دارند كه در اين قسمت به معرفي برنامه FRECON2 خواهيم پرداخت.
1-2 برنامه شبيه‌سازي INTRAS
مدل شبيه‌سازي ريزنگر INTRAS بوسيله شركت KLD و همكاران در اواخر دهه 1970 ارائه شد و تكميل و اصلاح آن در دهه 1980 ادامه پيدا كرد. اين مدل يك مدل ريزنگر، احتمالي، مختص وسايل نقليه و بر مبناي زمان مي‌باشد كه براي پيش‌بيني عملكرد و ترافيك آزادراه در يك جريان و خيابان‌هاي اطراف مرتبط با آن مبناي طرح تقاضا و كنترل ترافيك ارائه شده توسط كاربر استفاده مي‌شود. عملكرد پيش‌بيني شده در اين از بسياري جهات منحصر به فرد مي‌باشد. اين برنامه علاوه بر اندازه‌گيري عملكردهاي ترافيكي معمولي نظير سرعت، فواصل زماني و مكاني، زمان سفر و مصرف سوخت، محدوده وسيعي از نمودارها نظير نمودارهاي مسير وسيله نقليه، زمان ـ مكان وسيله نقليه و نقشه تراكم ترافيك را تهيه مي‌كند. عملكرد پيش‌بيني برنامه همچنين مي‌تواند در ارتباط با ترافيك اندازه‌گيري توسط شمارش‌گرهايي در طول آزادراه باشد.
طرح شبكه در برنامه INTRAS شامل ويژگي‌هاي هر پيوند مانند نوع پيوند، تعداد خطوط عبوري و ارتباط آن با ساير پيوندهاي شبكه مي‌باشد. نرخ جريان ترافيك پيش‌بيني شده بوسيله طبقه‌بندي وسايل نقليه و نحوه استفاده از خطوط عبوري مشخص مي‌شود. كنترل اعمال شده بر ترافيك در اين برنامه نيز مي‌تواند به شكل خطوط ويژه گردش ترافيك و يا چراغ راهنمايي باشد. لازم به ذكر است كه اين برنامه توجه ويژه‌اي به نقاط بحراني (تصادفات) آزادراه مي‌كند. مدل اصلي در اين برنامه، مدل مادر INTRAS است و در صورت لزوم از مدل‌هاي كمكي ديگر به شرح زير استفاده مي‌شود:
مدل PROGIS: كليه اطلاعات ورودي را كنترا و غلط‌گيري نموده و جدولي از اطلاعات ورودي تهيه مي‌كند.
مدل LIS: اطلاعات موردي شبيه‌سازي را به آرايه‌هاي داده‌اي انتقال مي‌دهد.
مدل SIFT: مدل اصلي است كه همه عمليات شبيه‌سازي را انجام مي‌دهد. اين مدل از بيش از 80 زيربرنامه تشكيل شده است.
مدل FUEL: برآورد مخصوص هر پيوند براي مصرف سوخت و آلودگي وسايل نقليه تهيه مي‌كند.
مدل POSPRO: فايلي از آمارهاي بين شبكه‌سازي انجام شده و اطلاعات شمارشگر ترافيكي و اطلاعات حوادث بوقوع پيوسته در آزادراه را انجام مي‌دهد.
مدل SAM: مقايسه آماري بين شبكه‌سازي انجام شده و اطلاعات شمارشگر ترافيكي و اطلاعات حوادث بوقوع پيوسته در آزادراه را انجام مي‌دهد.
مدل INPLOT: مسير وسيله نقليه و اطلاعات ديگر را براي چاپ آماده مي‌كند.
برنامه كامپيوتري INTRAS به زبان فرترن ANSI نوشته شده و قابليت اجرا بر روي كامپيوترهاي شخصي را دارا مي‌باشد.
2-2 برنامه شبيه‌سازي FRECON
برنامه شبيه‌سازي FRECON2 مدل پيشرفته و اصلاح شده مدل‌هاي MACK و FREFLO مي‌باشد.
برتري‌هاي اين نسخه نسبت به نسخه‌هاي قبلي، درنظر گرفتن نحوه كنترل تقاطع با رعايت حق تقدم، روش‌هاي اصلاح شده رفع جريان ترافيك در گلوگاه‌ها و نقاط بحراني و مدلسازي مسيرهاي موازي با توزيع جهتي بسته به كنترل ترافيك ورودي است.
نرم‌افزار FRECON2 يك مدل كلان‌نگر و ديناميكي است كه مي‌تواند عملكرد آزادراه را در شرايط عادي و در هنگام وقوع حوادث شبيه‌سازي كند. اين برنامه اطلاعات مورد نياز را در هر نقطه از آزادراه براي كاليبره كردن و يا بررسي نتايج ارائه مي‌دهد. اندازه‌گيري‌هاي ترافيكي صورت گرفته در اين برنامه شامل: اندازه‌گيري زمان سفر، خصوصيات صف، تاخير، مصرف سوخت و آلودگي هوا مي‌باشد. اطلاعات ورودي مورد نياز براي خروجي‌ها نيز عبارتند از: زيربخش‌هاي هندسي كه ظرفيت مسير را تحت تاثير قرار مي‌دهند و اطلاعات مبداء و مقصد وسايل نقليه.
ساختمان برنامه FRECON2 در شكل 1 نشان داده شده است. برنامه با يك بلوك ابتدايي آغاز مي‌شود كه اين بلوك تمامي مقادير پيش‌فرض برنامه را براي ورود متغيرهاي جديد از بين مي‌برد. سپس برنامه با خواندن اطلاعات ورودي براي شبيه‌سازي از بلوك ورودي ادامه مي‌يابد. پس از اين مرحله تمامي مقادير ورودي توسط بلوكي در فايل خروجي وارد مي‌شوند. در اين مرحله از كاربر براي انجام شبيه‌سازي سوال مي‌شود كه مناسبتر است قبل از انجام شبيه‌سازي دادههاي ورودي كنترل شود.
در صورت كنترل دادههاي ورودي اگر اشتباهي در اطلاعات ورودي مدل وجود داشته باشد، برنامه از كنار شبيه‌ساز عبور كرده و پارامترهاي مناسب مورد تشخيص خود را جايگزين خواهد كرد. در صورت انتخاب گزينه شبيه‌سازي برنامه وارد بلوك شبيه‌سازي مي‌شود كه اين بلوك شامل معادلات وضعيت مي‌باشد. اين معادلات منجر به بدست آوردن زمان سفر در هر بخش از جاده‌هاي شرياني منتهي به آزادراه و سرعت‌ها و تراكم وسايل نقليه در هر قسمت آزادراه در زمان بخصوصي مي‌شود. عمليات شبيه‌سازي ذكر شده شامل مجموع اندازه‌گيري‌هاي صورت گرفته روي عملكرد آزادراه و كاربرد استراتژي‌هاي كنترل ترافيك موردنظر است. پس از تكميل اين مرحله نتايج به صورت فايلي به همراه اطلاعات ورودي چاپ مي‌شوند.
شكل 1: ساختمان برنامه شبيه‌سازي
برنامه FRECON2 به زبان فرترن 4 نوشته شده و بر روي كامپيوترهاي شخصي نيز قابل اجراست. اين برنامه ساختاري از مدل مورد استفاده، شرح هر وردي و خروجي، ليستي از غلط‌هاي موجود و مثال نمونه‌اي را ارائه مي‌كند.
3- نرم‌افزارهاي شبيه‌سازي راههاي اصلي
مدل‌ها و برنامه‌هاي متعدد خرد و كلان در زمينه شبيه‌سازي كامپيوتري راههاي اصلي تهيه و ارائه شده‌اند. مدل ريزنگر ارائه شده شامل TRARR, TWOPAS, VTI مي‌باشند كه در اينجا به عنوان مدل شبيه‌سازي TRARR شرح داده مي‌شود. تنها مدل كلان‌نگر موجود در اين زمينه مدل RURAL است كه به شرح آن پرداخته خواهد شد.
1-3 برنامه‌شبيه‌سازي TRARR
مدل ريزنگر شبيه‌سازي TRARR موسسات تحقيقات راه استراليا در اواخر دهه 1970 و نسخه‌هاي بعدي و كاملتر آن در طول دهه 1980 تهيه شد. برنامه TRARR يك مدل ريزنگر احتمالي وابسته به آن زمان است كه براي پيش‌بيني عملكرد ترافيك در يك راه دوخطه دوطرفه به شكل تابعي از طرح هندسي و تقاضاي ترافيك طراحي شده است.
پارامترهاي عملكرد ترافيك كه بوسيله‌ي اين برنامه برآورد مي‌شوند، عبارتند از:
1. توزيع سرعت، اندازه خطوط و خطوط سبقت.
2. اطلاعات مورد درباره وسايل نقليه گذركننده از نقطه مشاهده‌اي.
3. نمودار گرافيكي نشان دهنده مسير حركت و محل قرارگيري وسيله نقليه در طول زمان.
4. نمودار گرافيكي نمايشگر رفتار وسايل.
در برنامه TRARR محدوده مورد مطالعه به زيربخش‌هايي تقسيم شده و جزئيات هر زيربخش شامل درجه راه، قوس‌ها، خطوط مانع، فواصل ديد و خطوط معين مشخص مي‌شوند. در اين برنامه جريان ترافيكي و تخصيص وسايل نقليه مشخص شده است و تا 18 نوع وسيله نقليه مختلف مي‌تواند طبقه‌بندي شوند. اجزاي تشكيل دهنده اين برنامه در شكل 2 نشانن داده شده‌اند.
شكل 2: اجزاي تشكيل دهنده برنامه
ورودي‌هاي اين برنامه عبارتند از: جزئيات راه و وضعيت ترافيك، ترافيك توليد شده در اين برنامه بر اساس روش مونت كارلو مي‌باشد. قسمت اصلي مدل اين برنامه جزء شبيه‌ساز برنامه است كه از 5 قسمت مجزا تشكيل شده است.
اين 5 قسمت معمولاً در زمان 1 ثانيه بازخواني شده و وظايف خود را به شرح زير انجام مي‌دهند:؟
1. زيربرنامه MANVR: وضعيت و موقعيت هر وسيله نقليه و احتمال تغيير موقعيت آن نسبت به وسايل نقليه اطراف را تخمين مي‌زند.
2. زيربرنامه POSIT: سرعت و جهت وسيله نقليه را مشخص مي‌كند.
3. زيربرنامه ENDS: وسايل نقليه جديد وارد شونده به سيستم را معرفي و وسايل نقليه خارج شونده از سيستم را حذف مي‌كند.
4. زيربرنامه RECORD: فهرستي از مكان نسبي وسيله نقليه در هر خط را نگهداري مي‌كند.
5. زيربرنامه LVOPP: فهرستي از وسايل نقليه متقابل كه با يكديگر برخورد دارند، را تهيه مي‌كند.
جزء مشاهده‌اي اين برنامه نيز جزء عبور وسايل نقليه در محدوده زيربخش‌ها را ضبط مي‌كند. جزء آخر برنامه كه قسمت خروجي آن است، اندازه‌گيري‌هاي عملكردي ضبط شده قبلي را ارائه مي‌كند. برنامه TRARR به زبان برترن نوشته شده است و بر روي انواع كامپيوترها قابل اجراست. اين برنامه بيشتر در كشور استراليا و چند كشور ديگر بكار گرفته شده است.
2-3 برنامه شبيه‌سازي RURAL
برنامه شبيه‌سازي RURAL يك مدل تخميني است كه قادر به شبيه‌سازي جريان ترافيك دوطرفه در امتداد يك خط بزرگراه مي‌باشد. عملكرد پيش‌بيني شده در اين برنامه شامل: نمودارهايي از سرعت‌هاي متوسط و چگالي ترافيك و نيز عملكردهاي آماري براي هر زيربخش از محدوده مورد مطالعه شامل زمان سفر، درصد زمان تاخير و سطح سرويس راه مي‌باشد.
نيازهاي ورودي اين برنامه عبارتند از: خصوصيات طرح هندسي و جريان ترافيك. بسته به خصوصيات هندسي وارد شده به اين برنامه پنج نوع راه شامل آزادراه‌هاي چندخطه مجزا و غيرمجزا و راههاي روستايي مي‌توانند مورد مطالعه قرار گيرند. ورودي مورد نياز ديگر، جريان ترافيك است كه بوسيله تخصيص وسايل نقليه و طبقه‌بندي آنها به صورت سواري، وسايل نقليه تفريحي و كاميون‌ها مشخص مي‌شوند.
در اين برنامه ابتدا اطلاعات مربوط به تقاضاي ترافيك به مدل وارد شده و خطاهاي احتمالي كنترل مي‌شوند. سپس اولين زيربخش از مسير مورد مطالعه با خصوصيات خود طبقه‌بندي شده و عملكردهاي آن محاسبه مي‌شود. لازم به ذكر است كه اين برنامه تابع استانداردهاي كتاب ظرفيت بزرگراه‌ها سال 1985 مي‌باشد. زيرمدل ارائه شده براي راههاي روستايي در برنامه RURAL2 به وسيله طراح برنامه و بر اساس نتايج تجربي تهيه شده است. روند پردازشي ذكر شده در بالا تا زماني كه همه زيربخش‌ها آناليز شوند، ادامه پيدا مي‌كند. اگر رابطه
بين زيربخش‌هاي مختلف نياز به بررسي داشته باشد، از زيرمدل وابستگي استفاده مي‌شود. پس از انجام عمليات فوق، خروجي‌ها شامل جداول، سرعت‌ها و تراكم ترافيك و نمودارهاي مربوطه ارائه مي‌شوند. مدل RURAL به زبان فرترن 4 نوشته شده و بر روي انواع كامپيوترها قابل اجراست. اين مدل بر اساس نتايج تجربي حاصل از مطالعه چندين بزرگراه‌ها در كاليفرنيا كاليبره و اصلاح شده است. تحقيقات اخير بر روي اين مدل در ارتباط با رابطه بين مدل وابستگي و زيربخش‌هاي مختلف صورت مي‌گيرد. محدوديت‌هايي براي استفاده از اين برنامه در شيب‌هاي تند و درصد بالاي وسايل نقليه كندرو وجود دارد.
4- نرم‌افزارهاي شبيه‌سازي جاده‌هاي شرياني
مدل‌ها و برنامه‌هاي كامپيوتري كلان‌نگر و ريزنگر متعددي در اين زمينه تهيه شده و براي جاده‌هاي شرياني استفاده مي‌شوند. نرم‌افزار شبيه‌سازي NETSIM تنها مدل كامپيوتري ريزنگر موجود براي شبيه‌سازي جاده‌هاي شرياني است كه در اين پروژه به تفصيل شرح داده مي‌شود.
1-4 برنامه شبيه‌سازي TRANSYT
مدل شبيه‌سازي TRANSYT داراي تاريخچه‌اي طولاني است كه از اواخر دهه 1960 آغاز شده و با اصلاح مداوم آن تا به امروز ادامه مي‌يابد. اولين نسخه‌هاي اين برنامه در كشور انگلستان و توسط شخصي به نام ROMOERTSON تهيه شد.
تا به امروز 9 نسخه از اين برنامه در كشور انگلستان تدوين شده است. در دهه 1970 آمريكايي‌ها شروع به استفاده از اين برنامه و تكميل اصلاح آن براي وضعيت ايالات متحده نمودند. نسخه‌هاي ارائه شده از اين مدل توسط امريكايي‌ها عبارتند از:
TRANSYT, TRANSYT6C, TRANSYT7F, 6N.
از ميان مدل‌هاي فوق، برنامه TRANSYT7F در ايالات متحده در دهه 1980 به طرز وسيعي بكار گرفته شد. مدل TRANSYT و يا مدل‌هاي مشابه آن در بسياري از كشورهاي جهان مورد استفاده قرار گرفته است. مدل TRANSYT علاوه بر يك مدل شبيه‌سازي كلان‌نگر و تخميني، يك مدل بهينه‌سازي است. زيرمدل شبيه‌ساز اين برنامه براي محاسبه عملكرد جاده شرياني براي طرح زمانبندي چراغ راهنمايي استفاده مي‌شود. زيرمدل بهينه‌سازي نيز نزديكترين زمان به زمان بهينه چراغ را تخمين مي‌زند. پس از مشخص شدن اين زمان بهينه، زيرمدل شبيه‌سازي برنامه مي‌توان با كمك اين زمان، عملكرد را شبيه‌سازي كند.
ورودي‌هاي مورد نياز براي اين برنامه عبارتند از: زمانبندي از پيش تعيين شده براي چراغ راهنمايي كه توسط كاربر مشخص مي‌شوند، تركيب شبكه جاده‌هاي شرياني و شكل آن، نرخ جريان اشباع ترافيكي در هر مسير و در هر تقاطع و ترافيك گردش كننده در هر تقاطع.
فلوچارت خلاصه‌اي از برنامه TRANSYT در شكل 3 نشان داده شده است.
شكل 3: فلوچارت ساده شده‌اي از برنامه شبيه‌سازي
خروجي‌هاي اين برنامه نيز شامل: اطلاعات ورودي برنامه، جدول عملكرد ترافيك براي هر پيوند از شبكه كه خود تشكيل شده از زمان سفر، تاخيرها، توقف‌ها، صف‌هاي وسايل نقليه و مصرف سوخت هر وسيله است و خلاصه‌اي از عملكرد كل شبكه مي‌شود. علاوه بر موارد فوق مي‌توان جداول كنترل كننده چراغ راهنمايي، نمودارهاي جريان ترافيك و نمودارهاي مكان ـ زمان حركت وسايل نقليه را نيز تهيه كرد. برنامه TRANSYT7F به زبان فرترن براي انواع كامپيوترها نوشته شده و نسخه‌هاي متعددي از آن موجود است.
2-4 نرم‌افزارهاي شبيه‌سازي TRAF-NETSIM
نرم‌افزار شبيه‌ساز NETSIM كه قبلاً UTCS-1 ناميده مي‌شد، شبيه‌سازي ريزنگر بر روي شبكه ترافيك شهري انجام مي‌دهد. اين برنامه براي استفاده مهندسين ترافيك و محققين به عنوان ابزار كاربردي ارزيابي راههاي مختلف كنترل شبكه و استراتژي‌هاي مديريت ترافيك طراحي شده است.
ورودي‌هاي مورد نياز اين برنامه عبارتند از: تركيب عرضه و تقاضاي ترافيك شبكه و طرح زمانبندي شده چراغ راهنمايي، شبكه راه‌ها كه از گره‌ها و پيوندهاي زيادي تشكيل شده است و خصوصيات فيزيكي هر پيوند بايد مشخص شده باشد. تقاضاي ترافيك به عنوان جريان ترافيك ورودي و خروجي از شبكه به همراه حركت‌هاي گردشي مشخص و تركيب ترافيك به برنامه وارد مي‌شوند (فلوچارتي از اجزاي اين برنامه در شكل 4 نشان داده شده است).
دو جزء اساسي برنامه TRAF-NETSIM عبارتند از:
1. آماده‌سازي دادههاي ورودي؛
2. شبيه‌سازي محيط شهري كه در زير شرح داده مي‌شوند:
شكل 4: فلوچارت مدل
1-2-4 آماده‌سازي دادههاي ورودي
مدل‌هاي شبيه‌سازي اكثراً تشريح كننده متغيرهاي وابسته به زمان است، بخصوص برنامه NETSIM وضعيت‌هاي متغير غالب در يك سيستم (يا شبكه) راه‌ها را شرح مي‌دهد. ورودي‌هاي برنامه بايد شامل ويژگي‌هايي باشند كه نه تنها از نقطه‌اي تا نقطه ديگر روي شبكه، بلكه با زمان نيز تغيير مي‌كند.
پارامترهاي زمان در عملكرد شبيه‌سازي برنامه NETSIM به صورت فواصل زماني (دوره) نشان داده مي‌شود. اين دوره زماني نشان دهنده آن است كه دادههاي ورودي مشخص شده توسط كاربر در آن دوره زماني بكار رفته و يا در آن فاصله زماني ثابت باقي مانده مي‌ماند. دوره زماني (TP) نيز توسط كاربر مشخص مي‌شود كه كاربر مي‌تواند تا 19 فاصله زماني را انتخاب كند. براي هر كدام از اين دوره‌هاي زماني، دادههاي ورودي شامل بلوك‌هايي از كارتهاي مختلف است كه هر بلوك تشريح كننده وضع موجود در كل شبكه كه براي آن دوره
زماني استفاده مي‌شوند، مي‌باشد. براي هر كدام از اين دوره‌هاي زماني، دادههاي ورودي شامل انواع كارت‌ها هستند كه هر نوع كارت كدبندي شده است. انواع كارت‌ها، به گروه‌هاي دسته‌بندي شده كه هر گروه مشخص كننده طبقه‌اي از اطلاعات ورودي است. بر مبناي تجربيات بدست آمده از مدل‌هاي شبيه‌سازي قبلي، همه اطلاعات ورودي به شكل متغير صحيح تعريف مي‌شوند. علاوه بر اين چهار ستون اول كارت‌ها، ستون‌هايي هستند كه در تمام كارت‌ها مشخص مي‌باشند و براي هماهنگي كليه كارت‌ها به كاربرده مي‌شوند.
در طراحي ممكن است قسمت ورودي برنامه NETSIM تاكيد بر طرح مجموعه كاملي از آزمايش‌ها و كنترل‌هاي ممكن بر روي دادههاي ورودي مي‌باشد. اين آزمايش‌هاي كنترلي به صورت زير دسته‌بندي مي‌شوند:
1. آزمايش صحت ساختمان دادههاي ورودي كه در آن تمام كارت‌ها كنترل مي‌شوند تا در توالي مناسب باشند و كارتي از قلم نيافتد.
2. آزمايش اعتبار اطلاعات هر كارت كه در اين آزمايش در محدوده منطقي قرار گرفتن دادههاي ورودي كارت‌ها كنترل مي‌شود.
3. آزمايش تكميل اطلاعات هر كارت و از قلم نيفتادن دادههاي ورودي در هر كارت.
4. آزمايش تعيين كامل بودن اطلاعات روي كارتهاي مختلف وابسته به يك گروه از كارتهاي ورودي.
5. آزمايش كامل بودن شرح يك عملكرد كه براي آن كارتهاي مختلفي در يك گروه اختصاص داده ضشده است كه عملكرد نشان دهنده ويژگي محيط ترافيكي است كه مي‌تواند خصوصيات هندسي شبكه، عمليات ترافيكي، نحوه كنترل تقاطع‌ها، تقاضاي ترافيك و .. باشد. كليه كارت‌ها متعلق به يك عملكرد با هم دسته‌بندي مي‌شوند.
6. آزمايش تشريح كامل شبكه و خصوصيات آن.
با اعمال كنترل‌هاي فوق اگر در يكي از موارد شش‌گانه خطا و يا نقصي وجود داشته باشد، بر روي صفحه نمايشگر نشان داده خواهد شد كه هر پيغام خطا خود داراي اطلاعات كافي براي كاربر جهت استفاده و تشخيص علت خطا مي‌باشد.
براي مثال برنامه NETSIM آزمايش‌هاي فوق را براي خصوصيات هندسي و كنترل ترافيك سيستم به صورت زير انجام مي‌دهد كه مي‌تواند جهت تخليه ترافيك ورودي به هر پيوند استفاده شود. اين كار نيازمند تناسب بين دادههاي مختلف به شرح زير مي‌باشد:
• در نظر گرفتن اطلاعات ترافيك گردش كننده كه مشخص كننده ترافيك تخليه شونده پيش‌بيني شده از هر پيوند است.
• خصوصيات هندسي پيوندي كه ترافيك تخليه شده در مرحله قبل را سرويس مي‌دهد.
• خصوصيات كنترل ترافيك هر پيوند نيز شامل زماني (علامت يا فاز چراغ راهنمايي) براي سرويس‌دهي به ترافيك به هر يك از حركت‌هاي گرد ش كننده است.
2-2-4 مدل شبيه‌سازي TRAF
هدف از اين قسمت، استفاده از شبيه‌سازي براي توصيف عملكرد ترافيك مي‌باشد. در اين مدل‌ها جريان ترافيك به طور كامل شبيه‌سازي شده و هر وسيله نقليه در شبكه راه‌ها به عنوان يك عنصر مشخص درنظر گرفته مي‌شود. علاوه بر اين مطلب هر وسيله نقليه در گروه خود (اتومبيل، كاميون، اتوبوس و...)و با مشخص شدن نوع آن درنظر گرفته مي‌شود.
به كمك برنامه NETSIM تا 16 وسيله نقليه مختلف و با عملكرد و خصوصيات متفاوت به وسيله چهار خصوصيات مختلف تشريح مي‌شوند. براي هر وسيله نقليه در برنامه «خصوصيات رفتاري راننده و خصوصيات ديناميكي (سرعت، شتاب) و نيز وضعيت قرارگيري وسيله نقليه (جريان آزاد، صف) نيز مشخص مي‌شود.
با حركت وسيله نقليه به صورت مجازي در منطقه برنامه موقعيت (طولي و عرضي) آن بر روي شبكه پيوندها و ارتباط آن با ساير وسايل نقليه نزديك و خصوصيات ترافيكي شامل سرعت، شتاب و .... مشخص مي‌گردد. اين روند به برنامه اجازه شبيه‌سازي عملكرد ترافيك بر اساس حركت هر وسيله نقليه را به طريقي كه نحوه كنترل چراغ راهنمايي و عملكرد متقابل بين اتوبوس و وسيله نقليه به طور كامل مدل شوند را مي‌دهد. در حالت كلي همه محيط‌ها و وضعيت‌هاي ترافيك شهري بوجود آمده مي‌توانند به طرز واقعي شبيه‌سازي شوند.
در يك مدل شبيه‌سازي مناسب مانند اين مدل، هر وسيله نقليه در طول زمان و مطابق روش تعقيب وسيله نقليه در ترافيك و در پاسخ به نحوه كنترل اعمال شده بر ترافيك و ديگر وضعيت‌هاي ترافيكي كه رفتار وسيله نقليه را تحت تاثير قرار مي‌دهند، حركت مي‌كند. تراكم ترافيك ممكن است منجر به امتداد يافتن ترافيك وسايل نقليه در طول يك پيوند و بروز در جريان بالادست تقاطع شود كه جريان ترافيك را در تقاطع مختل مي‌سازد. علاوه بر اين، جريان عابرين پياده نيي مي‌تواند در ترافيك گردش كننده در تقاطع تاخير ايجاد كند. به غير از نمونه‌هاي فوق‌الذكر، مثال‌هاي متعدد ديگري از پارامترهاي غالب در محيط‌هاي شهري كه به طور كامل توسط اين برنامه تشريح مي‌شوند نيز مي‌توان نام برد.
3-2-4 محدوديت‌هاي برنامه
به غير از نقاط قوت ذكر شده در قسمت قبل، اين برنامه داراي محدوديت‌هايي به شرح زير مي‌باشد كه بايد به آنها توجه شود:
اندازه‌هاي حداكثري كه توسط اين برنامه مي‌توانند مدل شوند، عبارتند از:
1. تعداد پيوندها 150 پيوند
2. تعداد گره‌ها 75 گره
3. تعداد كنترل‌هاي پيش‌بيني شده 18 عدد
4. تعداد حداكثر برخورد مجاز 750 برخورد
5. تعداد وسايل نقليه 1500 وسيله
6. تعداد اتوبوس‌ها 256 دستگاه
7. تعداد خطوط ويژه اتوبوس 25 خط
8. تعداد ايستگاه‌هاي اتوبوس 99 دستگاه
9. تعداد عملكردهاي با زمان طولاني 60 عملكرد
4-2-4 خروجي‌هاي برنامه
خروجي‌هاي برنامه NETSIM شامل اطلاعات ورودي اوليه و عملكرد شبك ترافيك مي‌باشد كه اين عملكردها عبارتند از: زمان سفر، تعداد توقف‌ها، مصرف سوخت و آلودگي هوا، برنامه NETSIM، همچنين به زبان فرترن نوشته شده و حداقل بر روي يك دستگاه كامپيوتر IBM4341 قابل اجراست.
5-2-4 ويژگي‌هاي گرافيكي
به عنوان يك انتخاب، كاربرد قادر به نمايش نتايج به صورت گرافيكي توسط اين برنامه مي‌باشد. برنامه NETSIM، فايل‌هاي گرافيكي را تحت عنوان GTRAF توليد مي‌كند، فايل‌هاي GTRAF امكان مرور دوباره بر ورودي‌هاي برنامه و مشاهده خروجي‌هاي شبيه‌سازي صورت گرفته را به شكل گرافيكي فراهم مي‌كند. فايل‌هاي GTRAF به كاربر امكان تحليل شبكه با رنگ‌آميزي مورد نظر براي مثال در تقاطع‌ها و يا نقاط بحران شبكه را مي‌دهد. كاربر همچنين امكان مشاهده متحرك شبكه (حركت وسيله نقليه در شبكه) را دارا مي‌باشد كه مزاياي بسياري را دربر خواهد داشت.
5- نرم‌افزارهاي شبيه‌سازي حمل و نقل شهري
هر ساله بر تعداد وسايل نقليه در جاده‌هاي كشور و بخصوص در خيابان‌هاي شهرهاي بزرگ افزوده مي‌شود و انتظار مي‌رود كه اين افزايش در آينده نيز ادامه پيدا كند و حتي بيشتر شود. افزايش تعداد وسايل نقليه در شهرها كه بستگي به عوامل متعددي نظير رشد جمعيت، اوضاع اجتماعي، اقتصادي، تحولات فرهنگي و چگونگي بهره‌وري از زمين دارد، مسائل و مشكلاتي مي‌آفريند كه هم اكنون بسياري از شهرهاي ايران با آن روبرو هستند. با وجود آنكه هر ساله ميليادرها ريال صرف ايجاد راه‌ها و تاسيسات جديد مي‌شود، تراكم ترافيك در خيابان‌ها، روزبروز افزايش مي‌يابد و امروزه در اغلب شهرهاي بزرگ و متوسط ميزان ترافيك بخصوص در ساعت‌هاي اوج، به حد اشباع و غيرقابل قبولي رسيده است.
حل مسائل و مشكلات ترابري (حمل و نقل) شهري، نظير غالب مسائل و مشكلات اجتماعي، مستلزم مطالعه و برنامه‌ريزي اصولي و مداوم است. در بسياري از مطالعات و برنامه‌ريزي‌هاي سابق در زمينه ترابري شهري كه در كشورهاي ديگر صورت گرفته است، تنها مساله عمده كمبود ظرفيت خيابان‌ها و جاده‌ها به شمار مي‌رفت. در اواخر سال‌هاي 60 و نيز طي دهه 70 مطالعات وسيعي در اين زمينه در كشورهاي ديگر انجام شد و با استفاده از برنامه‌هاي كامپيوتري شبيه‌سازي، در اواخر دهه 70.80 دوره جديد مطالعات و برنامه‌ريزي ترابري شهري آغاز گرديد. در اين پروژه، سعي بر معرفي برنامه‌هاي شبيه‌سازي بكار رفته در كشور ما و ديگر كشورهاي گرديده است.
