بخشی از مقاله
بررسی تأثیر کنترل شیب راهه بر جریان ترافیک در بخش بزرگراهی با استفاده از شبیه سازی: مطالعه موردی بخشی از بزرگراه آیت ا... صدر
چکیده
در بزرگ راه ها با افزایش تقاضا و تکمیل ظرفیت سیستم مشکلات مختلفی بوجود میاید که با مدیریت ترافیک می توان این مشکلات را کاهش و ظرفیت را افزایش داد .یکی از روش های مدیریتی ،مدیریت شیب راهه است ،که جهت کنترل تعداد وسایل نقلیه ورودی به بزرگ راه به منظور بهبود شرایط ترافیکی مورد استفاده قرار می گیرد .بدون اعمال کنترل شیب راهه وسایل نقلیه بدون زمان بندی و برنامه ریزی و به صورت گروهی وارد بزرگ راه شده و باعث ایجاد آشفتگی در جریان ترافیک می شود . در زمان اوج که ترافیک آزادراه نزدیک به ظرفیت است تاثیر این آشفتگی شدیدتر خواهد بود. مداف این مقاله بررسی تا لیورگنترال اشمی به راهه بر جریان ترافیک دریایش بیروگاه راهی از غریقی شبیهسازی ترافیکی با بسته نرم افزاری efrelmقیه رولو پیش فرمانبندی شده و با تعریفه سناریوهای متقاوت قادر سطح خرده است. رویکرده غربیه به شرقی بزرگ راه صدر علافاصل ورودی مدارس تا خروجی قیطریه به عنوان مطالعه موردی با 2 لوع کنترل شیبها راهه (محسود لمودن حجم ورودی) مورد تحلیل قرار گرفته و نقش کنترل شیب راهه بر جریان ترافیک در بخش بزرگ راهی از طریق شبیه ترافیکی با بسته نرم افزاری getram به روش پیش زمان بندی شده و با تعریف سناریو های مختلف در سطح خرد است .رویکرد غرب به شرق بزرگ راه صدر حد فاصل قرار گرفته و نقش کنترل شیب راهه ب این بخش با استفاده از شاخص های ارزیابی مورد مطالعه قرار میگیرند نتایج حاصله حکایت از این مهم دارد که علی رغم این که اعمال محدودیت بر جریان ورودی شیب راهه باعث ایجاد صف در بزرگراه مدرس میشود، شاخصهایی ماننده نرخ جریان سرعت و اخیر در بخش اصلی بزرگراه یعنی صدر را بهبود میبخشد. افزایش 33 و 5 درصدی در لوخ جریان در مقاطع فعش اصلی برگراه صدر ایجاد شده است. همچنین در تابع حاصل از شبیه سازی برای مقاطع مختلف در در دو سناریوی تعریف شده، حداکار بهبود در اخیر و سرعت به ترتیب 33 و 5 درصد مشاهده شده است.
کلید واژه: کنترل شیبا راهه، شبیه سازی، جریان ترافیک، مدیریت ترافیک،
1– مقدمه
از زیرساخت های اصلی حمل ونقلی، معابر بزرگراهی و شیب راهه ها هستند. امروزه هزینههای فراوان افزایش ظرفیت، به واسطه ایجاد خط اضافه یا مسیر جدید، دست اندرکاران را وادار نموده تا به دنبال راههای جدید و کم هزینه تری جهت حل مشکلات ترافیک مانند شیوه های مدیریت ترافیک معابر و بزرگراه باشند. یکی از روش های مدیریت ترافیک در بزرگراه، کنترل شیب راهه های ورودی به آن است که به کمک آن می توان با هزینه بسیار کمتر نسبت به هزینه احداث معبر یا اضافه نمودن خط جدید، ظرفیت آزادراه را بهبود داد. کنترل شیب راهههای ورودی به بزرگراه یکی از مقرون به صرفهترین شیوه های بهبود جریان ترافیک است [ آ]، که ضمن افزایش ایمنی، میتواند سرعت رفت و آمد را افزایش داده و از برخوردهای جلو به پشت جلوگیری کند. اگرچه ترافیک ایجاد شده در شیب راهه باعث تأخیر اضافی می شود، اما گنجایش باندهای اصلی حفظ شده و خصوصیات ترافیک بزرگراه مانند زمان و سرعت سفر افزایش مییابد. ایجاد توازن بین تقاضا و ظرفیت آزادراه به عنوان نخستین هدف دنبال می شود تا بهترین عملکرد آزادراه حفظ شده و ترافیکی که وارد آزادراه می شود، جهت بهبود سطح سرویس پایین تر از ظرفیت عملکردی آن باقی بماند. هدف دوم تلفیق ایمن ترافیک ورودی آزادراه با ترافیک اصلی آزادراه است. مشکل اصلی ایمنی ادغام ورودیها، وقوع تصادفاتهای جلو به پشت و تغییر باند است که در اثر ازدحام گروه خودروهایی رخ می دهد که در بخش شیب راهه به دنبال فضایی برای ورود به بزرگراه می گردند. فعالیتهایی که در جهت پاسخگویی به تقاضای روزافزون وسایل نقلیه انجام میگیرد، از لحاظ نوع نگرش، تغییرات کلی یافته و به تفکر جدیدی با هدف ایجاد ظرفیت بیشتر و توسعه معابر تبدیل شده است [ آ]. کنترل شیب راهه می تواند به افزایش ایمنی در نقاط تقاطع شیب راهه با آزادراه کمک نماید و ازدحام را در ساعات اوج کاهش دهد. همچنین با توجه به کاهش ازدحام، کنترل شیب راهه می تواند یک عامل موثر در بهبود محیط زیست و کاهش انتشار آلاینده ها باشد. با توجه به روش های متعدد کنترل شیب راهه (کنترل ایزوله، هماهنگ ، پیش زمانبندی شده و قابل تغییر بر اساس شرایط ترافیک )، در این مقاله کنترل به صورت هماهنگ پیش زمانبندی شده مدنظر است. به طور کلی مزایای استفاده از کنترل شیب راهه عبارتند از: افزایش بازدهی و کارایی خطوط عبوری در مسیر اصلی، کاهش تعداد توقف ها و حرکت ها در جریان ترافیک، کاهش تعداد برخوردهای پهلو به پهلو و جلو به عقب، کاهش مصرف سوخت و انتقال سفرهای کوتاه آزادراهی به خیابان های اصلی مجاور برای اجتناب از ایحاد صف در شیب راهه. در کنار این مزایا، استفاده نادرست از این شیوه از مدیریت ترافیک می تواند تأثیرات منفی به همراه داشته باشد: سفرهای آزادراهی ممکن است به خیابان های مجاور منتقل شود، که در صورت محدود بودن ظرفیت خیابانها، کنترل شیب راهه را با نتیجه منفی مواجه می نماید. همچنین، توزیع خودروهای اضافی موجود در بزرگراه و منحرف نمودن آنها به شبکه اطراف نیز می تواند تأثیرات منفی بر جربان شبکه داشته باشد [2]. در این مقاله بخشی از یک بزرگراه که جریان ترافیک شدیداً تحت تأثیر شیب راهه های ورودی و خروجی است به عنوان مطالعه موردی انتخاب شده و وضعیت جریان ترافیک آن به شکل رایانه ای (با استفاده از بسته نرم افزاری GetrClm) شبیه سازی می شود. تأثیر کنترل شیب راهه به روش زمان بندی ثابت با اعمال کنترل بر روی شیب راهه ورودی اصلی (بزرگراه مدرس) در سناریوهای مختلف و با استفاده از شاخصهای ارزیابی مورد تحلیل و بررسی قرار خواهند گرفت.
2- روشهای مختلف کنترل شیب راهه
با توجه به اهمیت مقوله کنترل شیب راهه و به لحاظ نوع محدودیت اعمالی بر ترافیک شیب راهه ورودی و همچنین بر اساس کنترل نرخ ورود میزان ترافیک مسیر اصلی و سایر شیب راهه های ورودی، نحوه کنترل آنها را میتوان به چند دسته به شرح و تفصیلی زیر تقسیم کرد. 1-2- کنترل شیب راهه کاملاً محدود کننده"
روش کاملاً محدود یا شیب راهه ورودی کنترل شده وقتی به کار گرفته می شود که شیب راهه ورودی، فضای زیادی برای نگاه داشتن صف وسایل نقلیه جهت کنترل ازدحام ترافیک مسیر اصلی داشته باشد. کنترل تا زمان وجود صف ادامه خواهد داشت، ولی طول صف هیچ گاه نباید از ظرفیت (انباره) شیب راهه تجاوز نماید. این نحوه کنترل بیشترین تاثیر را بر ورود وسایل از شیب راهه ورودی به آزادراه با ترافیک سنگین گذاشته و باعث جلوگیری از حرکت ترافیک مسیر اصلی به صورت توقفlحرکت “ می شود. به دلیل طول صف وسایل نقلیه داخل شیب راهه ورودی، تعدادی از وسایل از ورود به شیب راهه ورودی منصرف شده و به سمت مسیرهای جایگزین دیگر هدایت می شوند و این خود باعث کاهش تقاضا برای ورود به بزرگراه می شود. نتایج تحقیقات (در شیب راهه ها در ایالات جنوبی آمریکا) نشان میدهد که شیب راهه ورودی باید حداقل توان نگهداری 5 درصد از ترافیک اوج همان شیب راهه را داشته باشد.
1-2- کنترل نیمه محدود
این روش زمانی استفاده می شود که شیب راهه ورودی ظرفیت قابل توجهی جهت نگهداری وسایل نقلیه داشته باشد، اما این ظرفیت برای نگهداری وسایل در کل طول دوره اوج ترافیک و کنترل شیب راهه کاملاً محدود کافی نباشد. این روش می تواند با همان نرخ ورود وسایل در روش کاملاً محدود انجام شود. در هر حال، به دلیل ظرفیت ناکافی شیب راهه برای نگهداری صفا وسایل در بعضی موارد، شاید به اجبار از روش نرخ ورودی متغیر استفاده شود تا از طولانی شدن صف جلوگیری کند. کنترل نیمه محدود وقتی برنامهریزی می شود که ظرفیت موجود شیب راهه توان جوابگویی به روش کنترل کاملاً محدود را نداشته باشد.
2-2- کنترل با نرخ ورودی متغیر
کنترل در این روش از نرخ (پروفیل) تقاضای شیب راهه ورودی تبعیت کرده و حجم ورودی به شیب راهه به طور ثابت محدود نمی شود. منافع اصلی این سیستم وقتی حاصل می شود که قبل از پیوستن وسایل از شیب راهه ورودی به بخش اصلی بزرگراه، وقفه هایی بین گروه وسایل نقلیه ایجاد گردد.
3- مروری برادبیات تحقیق
استفاده از روش کنترل شیب راهه به عنوان یکی از راهکارهای مدیریت ترافیک در بزرگراهها یا آزادراه ها، از سال 0ثلاً آ در شهرهای دیترویت، شیکاگو و لوسآنجلس شروع گردید. موفقیتها و پیشرفتهای حاصله باعث گسترش آن شد به نحوی که تا سال 90لاً آ در حدود 22 کلان شهر در کشور آمریکا از این روشی برای کنترل بزرگراههای خود استفاده می نمودند. در عین حال این روش میتواند پیامدهای منفی بر ترافیک شبکه داشته باشد، که اصلیترین آن انحراف وسایل نقلیه به خیابان های اطراف ناحیه کنترل شیب راهه است. در این خصوص نیز مطالعات زیادی تحت عنوان مطالعات عارضه سنجی استفاده از این روش از مدیریت ترافیک بر شبکه معابر اطراف انجام گرفته است. شهرهای لوسآنجلس، دنور، دیترویت و سیاتل را میتوان به عنوان نمونه نام برد[3]. پیوتروویچ و رابینسون در سال ۶5لاً آیک بازنگری کلی در مورد کنترل شیب راهه در کشور آمریکا به عمل آوردند. تأثیر مثبت کنترل شیب راهه بر شرایط ترافیکی بزرگراه و شبکه خیابانی مجاور در ارزیابی میدانی در شهر پاریس مورد تأیید قرار گرفته است. این بررسی توسط حاج سالم و پاپا جورجیوس در سال 1995 انجام شده است. استفاده از روش مدیریتی کنترل شیب راهه باعث بهبودی حدود درصد در زمان سفر کلی شبکه را نشان داد [ 4]. یکی روش های مطالعه تأثیر کنترل شیب راهه بر روی محدوده مورد مطالعه، استفاده از نرمافزارهای رایانه ای شبیه سازی است. در واقع استفاده از مدلهای شبیه سازی مزایا و نقاط قوت فراوانی دارد که میتوان به راحتی حل مسأله، صرفه جویی در زمان و هزینه، و بررسی سناریوهای متفاوت و زیاد بدون صرف هزینه زیاد و مقایسه سناریوها اشاره نمود. در سال 1995 هلسینگا و همکاران با استفاده از شبیه سازی بخشی از آزادراه شامل تقاطع شیب راهه و خیابان های شریانی اطراف آن را مورد مطالعه قرار دادند. نتایج حاصل کاهش حدود 7 آ/2 آ درصد را در زمان سفر کل سیستم نشان داد. در این مطالعه از نرم افزار شبیه سازی INTEGRATION، استفاده گردید [5].
سور و همکاران در سال 92لاً آبخشی از یک آزادراه به طول 10 کیلومتر را با استفاده از نرم افزار INTRAS شبیه سازی کردند. تسهیلات موجود در این بخشی از آزادراه شامل دو خیابان شریانی موازی با آزادراه و 7 نقطه اتصال شریانیها به بخش0 آ کیلومتری آزادراه بود. نتایج حاصل حکایت از افزایش آ/4 درصد در سرعت متوسط و کاهش 5 0 آ درصد در زمان تأخیر دارد [ 6].
در سال ۶۶۶ آمطالعه دیگری با همین رویکرد توسط حسن با دو الگوریتم کنترل محلی شیب راهه به نام آلبینا (ALINA) و هماهنگ (FLO۷۷) با استفاده از نرم افزار شبیهسازی خرد ترافیکی به نام MITSIM، در شهر بوستون به انجام رسید. زمان متوسط سفر در این شبیه سازی برای سناریوهای مختلف کنترل شیب راهه روند افزایش نشان داد. این افزایش به ویژه برای تقاضاهای پایین، برجستهتر بود. در این مطالعه، استفاده از الگوریتم آلیا برای شرایطی که گلوگاه ترافیکی وجود نداشته باشد، مناسب تر ارزیابی شدl/].
4- محدوده مورد مطالعه و فرآیند آمارگیری
محدوده مورد مطالعه جهت بررسی تأثیر کنترل شیب راهه بر جریان ترافیک بزرگراهی در شکل شماره آمشخص شده است. رویکرد غرب به شرق بزرگراه صدر (آX) حدفاصل ورودی بزرگراه مدرس تا خروجی قیطریه به عنوان طول مورد مطالعه انتخاب شده است. در این بخش، مجموعاً 7 شیب راهه (4 شیب راهه ورودی و 3 شیب راهه خروجی) وجود دارد. شیب راهه های ورودی عبارتند از مدرس (X2)، شریعتی (X4)، کاوه (X) و قیطریه (X). شیب راهههای خروجی نیز عبارتند از: شریعتی (X3)، کاوه (X5) و قیطریه (X7). فواصل این شیب راهه ها از یکدیگر متفاوت بوده و طول کل بخش مورد مطالعه در حدود 3000 متر است. فواصل شیب راهه های ورودی و خروجی تقریباً یکسان و برابر حدود 000 آ متر است. در شکل شماره 2، فاصله و موقعیت شیب راهه ها نسبت به یکدیگر و همچنین عملکرد شیب راهه (ورودی و خروجی) مشخص شده است
