بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
ارزيابي رويکردهاي مدلسازي در طرح جامع حمل و نقل و ترافيک
چکيده
مدلسازي حمل و نقل شهري مهمترين قسمت فرآيند برنامه ريزي حمل و نقل بشمار مي آيد. در خلال پنج دهه گذشته مدلسازي حمل و نقل شهري بصورت گام به گام رشد و توسعه تئوريها و روشهاي مختلف را بخود ديده است که منجر به ايجاد چارچوبي مناسب که مـنعکس کننده فهم عميق موقعيت جهان واقعي است گرديده است .
حداقل چهار ساختار توسط محققين و برنامه ريزان بمنظور مدلسازي حمل و نقل شهري مورد استفاده قرار گرفته است که اين مدلها شامل مدل سنتي حمل و نقل ( چهار مرحله اي )، مدلهاي رفتاري تقاضاي سفر ، مدلهاي مرتبط حمل و نقل _کاربري زمين و مـدلهاي يکپارچـه
حمل و نقل کاربري زمين مي باشند. در اين مقاله به ارائه تفصيلي از پايه هاي تئوري مدلهاي مذکور پرداخته مي شود. همچنين مقايسه آنها از منظر ارزيابي اثرات اجراي طرحها و گزينه ها در محيط مجازي، قابليت استفاده در سطح ناحيه بندي ترافيکي، توانايي پيش بيني درازمدت تقاضاي سفر، توانايي تشريح تغييرات کاربري زمين ، ايجاد ارتباط متقابل پويا بين کاربري زمين و حمل و نقل بعنوان اهداف طرح جامع حمل ونقل وترافيک و همچنين خصوصيات مورد انتظار مدلسازي حمل و نقل شهري صورت مي گيرد و در نهايت با توجه به مطالب طرح شده به نتيجه گيري در خصوص ساختار مناسب و مورد نياز مطالعات جامع حمل و نقل و ترافيک کلان شهرهاي کشور پرداخته مي شود.
۱- مقدمه
شهر تهران هم اکنون نزديک به ۷/۵ ميليون نفر ساکن دارد که در روز اين جمعيت بـه ۸ ميليـون مي رسد، در طي ۱۰ ساله اخير با افزايش ضريب مالکيت خودرو و افزايش رفاه نسبي و رشد قيمت هـا نرخ سفر از ۱/۵ سفر سواره بازاء هر نفر افزون شده است بطوريکه قريب به ۱۴ ميليون سفر سـواره در طي روز در شبکه معابر شهر تهران جريان دارد. با توجه به افزايش توليد خودرو و افزايش سـريع نـرخ مالکيت وسيله نقليه شخصي به حجم خودروهاي فعال در شبکه معابر بطور قابل ملاحظـه اي افـزوده شده بطوريکه روزانه قريب به ۱۲ ميليون ليتر بنزين توسط خودروها مصرف مي شود که اين امر خـود باعث افزايش آلودگي محيط زيست و در نتيجه کاهش ضريب ايمنـي سـلامتي شـهروندان اسـت [۱].
ضمن اينکه افزايش حجم تردد خودروها خود باعث افزايش تصادفات نيز مي شود. در کلان شهر تهران بيش از ۵۰ ميليون وسيله - کيلومتر پيمايش روزانه با ناوگاني که بـيش از ۲ ميليـون خـودرو اعـم از اتومبيل يا موتورسيکلت است . با جابجايي سالانه يک ميليارد مسافر توسط اتوبوسراني يا ۲۵۰ ميليون مسافر توسط مترو در دست بهره برداري و هزينه هاي ميليارد توماني در تملـک و سـاخت شـبکه هـاي معابر نشان از آن دارد که ديگر زمان آزمون و خطا در اجراي طرحها گذشته است . پيـشرفت فـن آوري روز اين امکان را مي دهد که هر طرحي را ابتدا در محيط مجازي و يا مدل اجرا و مورد ارزيابي قرار داد و در صورتيکه نتايج آن مفيد و باعث بهبودي شاخص ها شد در مورد اجراي آن تصميم گرفته شود.
مدل هاي حمل و نقلي از دهه هاي پيش تا کنون هم به منظور تحقيقات و هـم بـه عنـوان ابـزاري تحليلي در دست برنامه ريزان و تصميم سازان شهري مورد استفاده قرار مي گرفتـه اسـت . هـر چـه کـه پيچيدگي مسائل حمل و نقل و زيست محيطي در شهرها افزايش مـي يابـد، تـصميم سـازان بيـشتر بـه مدل ها وابسته مي شوند و همچنين افزايش بي حد و حـصر قـدرت محاسـبه در دهـه هـاي اخيـر ايـن وابستگي را تشديد کرده است [۲] . اين مقاله با بررسي مباني تئوري و روند توسعه مدلسازي حمـل و نقل شهري و با نقد فرآيند مورد استفاده در گذشته در طرحهاي جامع حمل و نقل شهرهاي کشور در جستجوي ارائه پيشنهاد مناسب در اين خصوص است .
٢- تاريخچه و روند توسعه مدلسازي حمل و نقل شهري
مدل سازي سيستم حمل و نقل شهري به طور جدي در اواسط دهه ١٩٥٠ ميلادي در آمريکا شروع شد. از ١٩٦٠ اکثر نواحي کلان شهري آمريکا نمونه هايي از مدل هاي سيستم برنامه ريزي حمل و نقل شهري (UTPS١) را مورد استفاده قرار دادند. اين روش به روش چهار مرحله اي نيز معروف است .
۱۹۶۰ سال ظهور مدلهاي تقاضاي رفتاري بود. فعاليت در اين زمينه که نمايانگر رهايي از سلطه روش چهار مرحله اي بود سرعت فزاينده اي پيدا کرد. آغازگران اين حرکت مک فادن و بن آکيوا بشمار مي آيند. اين مدلها براساس مفاهيم منطقي حداکثر سازي مطلوبيت و حق انتخاب استفاده کننده از ديدگاه اقتصادي بودند. آنها بصورت غيرتجمعي توصيف مي شدند بعبارت ديگر واحد مشاهدات ، فرد يا خانوار بود.
از سال ۱۹۷۰ تلاشهايي درخصوص ترکيب مدلهاي کاربري زمين و مدلهاي سنتي حمل و نقل (روش چهار مرحله اي) صورت گرفت که منجر به توليد نسخه هاي اوليه اين مدلها تحت عنوان مدلهاي مرتبط حمل و نقل – کاربري زمين گرديد[۳].
مدل هاي يکپارچه حمل و نقل ، کاربري زمين در دهه ١٩٨٠ مطرح گرديدند. مدل هاي متعددي در اروپا همچون MEPLAN ،TRANUS و DELTA توسعه يافتند و اجرا گرديدند. در شيلي مارتينز مدل MUSSA را توسعه داد. در آمريکاي شمالي مدل هاي ذکر شده در شهرهاي متعدد مورد استفاده قرار گرفتند. در آمريکا در خلال سالهاي ١٩٩١ تا ٢٠٠٠ توسعه چندين مدل تخصيص و انتخاب محل سکونت بر اساس الگوهاي رفتاري ادامه يافت . هـمچنين وادلاين مدل ها را در چندين منطقه آمريکا با استفاده از سايت وب مورد استفاده قـرار داد[ ۴].
نهايتاً روش مبتني بر فعاليت ( جايگزين روشهاي قبلي که مبتني بر سفر بودند ) بر ارائه الگوي زماني – فضايي فعاليت روزانه يا چند روز هفته از انواع مختلف خانوار، و استنباطات آنها از رفتار سفر متمرکز است . جونز و همکاران ( ۱۹۸۳) شمه اي از اين روش را ارائه کردند. تلاش پنديالا و همکاران ( ۱۹۹۷) در استفاده از شبيه سازي خردنگر در اين حيطه ، موجب ايجاد چشم انداز جديدي در تحليلهاي مبتني بر فعاليت گرديد. با اين وجود اين روش در مقياس واقعي هنوز قابل استفاده نيست و بايستي سير تکاملي خود را بمنظور استفاده کاربردي در مدلسازي حمل و نقل شهري را طي کند[۲].
بدين جهت در اين مقاله به اين روش پرداخته نمي شود.
۳- مدلهاي سنتي چهار مرحله اي حمل و نقل
اين روش داراي چهار زير مدل است که براي پيش بيني سفرهاي درون شهري به تفکيک ساعت روز، هدف سفر، زوج مبداء- مقصد، وسيله نقليه و مسير منتخب به کار مي رود. محصول نهايي اين روش مجموعه جرياني روي کمان هاي شبکه به تفکيک وسيله نقليه است . زير مدل هاي اين روش از مدل هاي ايجاد سفر، توزيع سفر، تفکيک سفر و تخصيص سفر تشکيل شده اند. انواع مدل هاي برآورد تقاضاي سفر مورد استفاده در مدل شهر تهران براساس مطالعات طرح جامع حمل و نقل شهر تهران در جدول ۱ ارائه شده است . همچنين در شکل ۱ نمودار طرح کلي مدل سنتي چهار مرحله اي مورد استفاده در طرح جامع حمل و نقل و ترافيک شهر تهران آورده شده است [۱].
۴- مدلهاي رفتاري تقاضاي سفر
مدلهاي رفتاري مشمول درنظر گرفتن انتخاب استفاده کنندگان سيستم حمل و نقل هنگاميکه بـا گزينه هاي مختلف مواجه مي شوند مي باشد. انتخابهاي وابسته بـه سـفر از تـواتر سـفر، زمـان سـفر، مقصد، مد و مسير حمل و نقل تشکيل شده اند. از ساختار هـاي مناسـب در مـدل سـازي کـه از نظـر رفتاري انطباق مناسب با فرآيند تصميم گيري در زمينه هاي متنوع به ويژه حمل و نقل دارد ، سـاختار لوجيت است . ساختار لوجيت در تحليل تقاضاي حمل و نقل در شهرهاي مختلف دنيا مـورد اسـتفاده قرار گرفته است . مدلهاي لوجيت به دو دسـته اصـلي مـدلهاي لوجيـت چندگانـه و مـدلهاي لوجيـت آشيانه اي تقسيم مي شوند [۵].
در مدلهاي رفتاري بعنوان جايگزين مدلهاي سنتي چهار مرحله اي انتخابهاي متعدد سـفر کـه بـه يکديگر وابسته اند مطرح مي باشند. اين موضوع را مي توان توسـط درخـت تـصميم انتخـاب سلـسله مراتبي ( شکل ۲ ) تشريح کرد. با پذيرش فرض توالي در روش چهار مرحله اي سنتي مي توان به اين درخت تصميم رسيد. سه روش براي تعيين مطلوبيت مشترک انتخـاب چنـد گزينـه وجـود دارد کـه عبارتند از : ساختار مستقيم ، ساختار مرحله اي و ساختار همزمان . در وضعيت تحليل تقاضاي حمل و نقل ، تصميمات عموماً بطور همزمان واقع مي شوند. در ساختار همزمان نياز به تعريف و تعيـين همـه گزينه هاي انتخاب سفر بر اساس تمامي خصوصيات مربوطه مي باشد. بديهي است که اين امر موجب ايجاد مدل پيچيده و بزرگي مي کند که در مورد تحليل تقاضاي حمل و نقل قابل استفاده نيست . لـذا در کاربردهاي عملي از ساختار مرحله اي و بطور خاص از مدلهاي لوجيت آشيانه اي استفاده مي شود.
احتمال توام سفر خاص ايجاد شده از احتمالات شرطي ( با توجه به شکل ۲ ) توسـط رابطـه ذيـل تعريف مي شود [۵]:
در اين ساختار بازگشتي، فرآيند برآورد از آخرين مرتبه زنجيره تصميم (در اين مورد انتخاب مسير) آغاز مي شود و به مراتب بالاتر ادامه مي يابد. در مدل لوجيت آشيانه اي مي توان مطلوبيت قابل انتظار بيشينه مجموعه انتخاب در سطوح مختلف تصميم را بصورت رابطه (۲) محاسبه کرد :
که در آن :
: مجموعه پارامترهاي تابع نمايي
Xj : بردار مولفه هاي خاص انتخاب
اگر Xj فقط توسط هزينه هاي سفر تعريف شود رابطه فوق به تابعي براي تعيين عدم مطلوبيت قابل انتظار کمينه يا هزينه هاي ترکيبي تبديل مي شود. مطلوبيت قابل انتظار بيشينه تحت عنوان ارزش افزوده نيز معروف مي باشد. ارزشهاي افزوده که نمايانگر سطح مطلوبيت يا منافع استفاده کننده در سطوح مختلف انتخاب است را مي توان ( از پائين به بالاي شکل ۲ ) همفزون کرد. ارزشهاي افزوده بطور مستقيم در ارتباط با شاخص قراردادي رفاه يعني مازاد مصرف کننده مي باشند. تغييرات مازاد مصرف کننده را مي توان از مدل مطلوبيت تصادفي بصورت تفاوت بين ارزش افزوده هاي همفزون شده قبل و بعد از سياستگذاري بدست آورد ( رابطه ( ۳ ) :
شاخص W∆ بطور مفهومي معادل شاخص مازاد مصرف کننده است که بطور گسترده در ارزيابي سياستگذاريها مورد استفاده قرار مي گيرد.
از نمونه مدلهاي رفتاري مي توان به مدل ITS/BTCE اشاره کرد که در ۶ شهر از شهرهاي استراليا مورد استفاده قرار گرفته است . اين مدل شامل تعدادي زير مدل در تشريح تصميمات افراد درباره انتخاب محل سکونت ، نوع مسکن ، محل کار، تعداد و نوع وسيله نقليه ، مد غالب و زمان سفر مي باشد. انتخابها در دو درخت تصميم سلسله مراتبي تحت عنوان انتخاب محل سکونت و انتخاب اندازه ناوگان مرتب شده اند. هر دو زير مدل با زير مدلي که متغيير وسيله نقليه – کيلومتر (VKT) را محاسبه مي کند مرتبط مي شوند[۲].
۵- مدلهاي مرتبط حمل و نقل _ کاربري زمين
فهم و درک اساسي در حوزه تحليل تقاضاي حمل و نقل مبتني بر اين انديشه است که تقاضا براي سفر مشتق يافته است . به عبارت ديگر با استثنائات اندکي افراد في النفسه براي لذت بردن از حرکت ، سفر نمي کنند بلکه به منظور دستيابي به فرصت هاي موجود در مقاصد سفر است که سفر صورت مي گيرد. اين انديشه باعث تفکر برقراري ارتباط بين کاربري زمين و حمل و نقل و متعاقب آن مدل سازي خصوصيات سيستم حمل و نقل بر اساس توزيع کاربري هاي مسکوني و غير مسکوني در نواحي کلان شهري گرديد[۶] .
در دهه ۱۹۷۰ ميلادي تلاش هايي بدين منظور صورت گرفت که منجر به ايجاد مدل هاي پيوسـته حمل و نقل - کاربري زمين گرديد. اين مدل ها اثـرات هزينـه هـاي حمـل و نقـل را در تـصميم گيـري موقعيت مکاني خانوار يا بنگاه هاي اقتصادي وارد کردند. مثال هايي از اين نوع مدل ها شامل SELNEC و کار پوتمان مي باشد [۲]. خصوصيت اصلي اين مدلها اين بود که مدل حمل و نقـل شـهري بـصورت برونزا با متغييرهاي کاربري زمين در ارتباط نيست بلکه بازخوردي از سيستم حمل و نقـل بـه الگـوي کاربري زمين بطور صريح قابل درک است . شکل ۳ ساختار عمومي مدل مرتبط حمل و نقل _ کاربري زمين را نشان مي دهد. اين مدل در سطح زير مدل کاربري زمين با استفاده از مدلهاي ارتباط متقابل فضايي و مفهوم قابليت دسترسي مکاني به شبيه سازي رابطه بين محل کـار و محـل سـکونت ، محـل سکونت و محل فعاليتهاي خدماتي مي پردازد. خروجي مدل کاربري زمين بعنوان ورودي مدل سـنتي حمل و نقل (چهار مرحله اي) مورد استفاده قرار مي گيرد. زمانهاي سفر و هزينه هـاي تعمـيم يافتـه توسط بارگذاري تقاضاي سفر بر روي شبکه با اعمال محدوديتهاي ظرفيتي محاسبه مي گردند.
