بخشی از مقاله
چکیده
پیش بینی جریان ترافیک در کوتاه مدت یک تابع بسیار مهم در سیستم های پیشرفته مدیریت ترافیک - ATMS - و سیستم های پیشرفته اطلاعات مسافرتی - ATIS - می باشد. نتایج پیش بینی دقیق می تواند شرایط ترافیک آینده را نشان دهد ، که از توسعه استراتژی های کنترل ترافیک فعال در ATMS حمایت می کند و موجب ارائه آنی هدایت مسیر در ATIS و همچنین ارزیابی استراتژی های کنترل ترافیک فعال و هدایت مسیر آنی می شود. امروزه تحقیقات جدیدی در پیش بینی کوتاه مدت جریان ترافیک بزرگراه های شهری، برون شهری و خیابان های سطحی با توجه به تحولات اخیر در فن آوری ITS بوجود آمده است. ترافیک خودرویی، به عنوان یک جریان و یا یک سیال پیوسته شامل چند پارامتر است از جمله تردد، دانسیته و سرعت. از آنجا که جریان ترافیک یکنواخت نیست و در طول زمان و مکان متفاوت است، اندازه گیری جریان ترافیک در واقع نمونه برداری از متغیرهای تصادفی است. در نتیجه پیش بینی جریان ترافیک مقدار واقعی نیست ، اما مقدار برآورد شده بر اساس داده های تجربی می باشد. در این مقاله به بررسی برخی روش های آماری برای تجزیه و تحلیل الگوهای جریان ترافیک و انتخاب مدل مناسب بر اساس مطالعه الگوهای جریان ترافیک مورد تاکید می پردازیم.
کلمات کلیدی: پیش بینی، جریان ترافیک، کوتاه مدت، تک متغییری، چند متغییری
-1 مقدمه
جریان ترافیک مطالعه تعاملات میان وسایل نقلیه، رانندگان، و زیرساخت ها است. هدف اصلی از مطالعه جریان ترافیک درک و توسعه شبکه جاده ای کارآمد جهت بهینه سازی حرکت ترافیک و حل مشکل تراکم ترافیک است. یکی از زمینه های مهم در مطالعه جریان ترافیک، توانایی پیش بینی جریان ترافیک در چند دقیقه آینده است به عبارت دیگر پیش بینی جریان ترافیک در کوتاه مدت. این قسمت اهمیت این تحقیق، خواص جریان ترافیک و دیگر مسائل مهم مرتبط با پیش بینی جریان ترافیک در کوتاه مدت را معرفی می کند. دو دسته پیش بینی جریان ترافیک وجود دارد: بلند مدت و کوتاه مدت. پیش بینی جریان ترافیک در دراز مدت عمدتا برای اهداف برنامه ریزی استفاده می شود . پیش بینی جریان ترافیک در کوتاه مدت معمولا در عملیات های ترافیک به خصوص در سیستم حمل و نقل هوشمند کاربردی پیدا می کند. پایگاه های پیش بینی جریان ترافیک در کوتاه مدت از داده های فعلی و تاریخی جهت پیش بینی اطلاعات جریان ترافیک برای 5 تا 30 دقیقه آینده استفاده می کنند . [24]
فواصل مختلف زمان های پیش بینی اثر مختلف بر دقت پیش بینی دارد. معمولا هر چه بازه زمانی بزرگتر شود دقت پیش بینی را افزایش می بخشد. به این دلیل که جریان ترافیک به فواصل زمانی طولانی تر متراکم شده است واریانس جریان ترافیک کاهش می یابد. HCM 2000 استفاده از یک نرخ جریان ترافیک پانزده دقیقه ای را برای تجزیه و تحلیل عملیاتی توصیه می کند.[9] دو روش کلی برای پیش بینی کوتاه مدت جریان ترافیک وجود دارد: روش های پیش بینی تک متغیره و چند متغیره، بر اساس اینکه آیا داده ها تنها از یک محل واحد استفاده شده اند یا خیر دسته بندی شده اند. روش تک متغیری مطالعات و پیش بینی پارامترهای جریان ترافیک از هر شناساگر را به صورت جداگانه انجام می دهد در حالی که روش چند متغیره از اطلاعات جریان ترافیک در مکان های اطراف جهت پیش بینی پارامترهای جریان ترافیک بهره می برد. .[10] استفاده یا عدم استفاده از روش پیش بینی چند متغییره یا تک متغیری بستگی به ویژگی های ترافیک سایت های مورد مطالعه دارد و اینکه آیا داده های از دست رفته وجود دارد یا خیر. اگر داده ها از چندین شناساگر نزدیک به هم به دست آمده اند و جریان ترافیک در این مکان ها الگوهای مشابه داشته باشند، مدل چند متغیره می تواند استفاده شود. اگر داده ها از شناساگرهای با فاصله به دست آمده باشد جریان ترافیک ممکن است در این مکان ها ارتباط معنی داری نداشته باشد روش های پیش بینی تک متغیری در این نوع از وضعیت عملکر بهتری خواهند داشت.
-2 مشخصات جریان ترافیک
جریان ترافیک - نرخ - ، سرعت، و دانسیته سه پارامتر اساسی هستند که توصیف کننده شرایط ترافیک می باشد. مقادیر این پارامترها عناصر مهم در ارزیابی شرایط ترافیک آینده نزدیک است. قبل از مطالعه ترافیک و روش های پیش بینی جریان ترافیک باید دانش مختصری از پارامترهای جریان ترافیک داشته باشیم.
-1-2 جریان
به طور معمول دو راه برای شناسایی تعداد وسایل نقلیه عبور از یک نقطه خاصی از جاده وجود دارد: حجم و سرعت جریان. کتابچه راهنمای ظرفیت بزرگراه 1 - HCM 2000 - حجم ترافیک را به عنوان تعداد کل وسایل نقلیه عبوری از یک نقطه مشخص و یا بخشی از یک خط و یا جاده در مدت زمان داده شده معرفی می کند. حجم می تواند بر حسب، دوره سالانه، روزانه، ساعتی یا زیر ساعتی بیان شود. از سوی دیگر نرخ جریان ترافیک به عنوان نرخ ساعتی معادل که در آن وسایل نقلیه از نقطه معیینی و یا بخشی از یک خط و یا جاده در مدت زمان داده شده کمتر از 1 ساعت، معمولا 15 دقیقه گذر می کنند تعریف شده است. حجم ترافیک منعکس کننده تعداد واقعی از وسایل نقلیه است که در امتداد یک جاده در طول یک دوره زمانی خاص مشاهده شده اند. بازه زمانی داده های حجم می تواند بزرگتر از یک ساعت باشد.
سرعت جریان ترافیک متفاوت از حجم ترافیک برای فواصل کمتر از یک ساعت معمولا پانزده دقیقه جمع آوری شده و به عنوان وسایل نقلیه در ساعت بیان می شود . به عبارت دیگر نرخ جریان ترافیک تعداد واقعی از وسایل نقلیه مشاهده در جاده به مدت یک ساعت نمی باشد اما نرخ ساعتی معادل است. به طور معمول حجم و جریان منعکس کننده تقاضا ترافیک وسایل نقلیه یا رانندگانی که تمایل به استفاده از امکانات جاده ای در یک بازه زمانی خاص هستند می باشد . با این حال در شرایط نزدیک ظرفیت جریان توسط ظرفیت جادهها محدود خواهد شد. در این نوع از وضعیت حجم ظرفیت را منعکس می کند .
حجم ترافیک در هر دو زمان و مکان متفاوت است. حجم ترافیک به دست آمده در فواصل زمانی مختلف می تواند متفاوت باشد. حجم ماه به ماه، روز به روز، ساعت به ساعت و در یک ساعت می تواند متفاوت باشد. الگوهای حجم ترافیک روز به روز اغلب شباهت قابل توجهی را نشان می دهد و این الگوها برای پیش بینی مفید هستند. معمولا، الگوی ترافیک بین روزهای هفته و آخر هفته به دلیل تقاضای سفر های مختلف متفاوت است. در عرض یک روز، حجم ترافیک نیز می تواند به طور قابل توجهی متفاوت باشد. معمولا دو نقطه اوج در یک روز عادی وجود دارد ساعات هجوم و یا ساعات اوج، یک بار در صبح و یک بار در شب. توزیع فضایی الگوهای حجم ترافیک نیز با توجه به ظرفیت های مختلف جاده، تقاضا ترافیک، و عوامل دیگر می تواند متفاوت باشد. معمولا دورتر از محل های مورد نظر، الگوهای جریان ترافیک متفاوت از این مکان ها هستند. از سوی دیگر داده های جریان ترافیک به دست آمده از دو ردیاب نزدیک به هم اغلب شباهت ها را نشان می دهد. بخش های بعد پیش بینی چند متغیره که باعث استفاده از همبستگی مکانی از ترافیک داده ها می شود را مورد بحث قرار می دهد.
-2-2 سرعت
سرعت یک سنجش کیفیت از سفر است که مسافران بیشتر در مورد زمانی که آنها در جاده ها صرف می کنند نگران هستند که مربوط به سرعت به سفر است. تعریف سرعت لحظه هست. که در آن x طول مسیر طی شده تا زمان t است و i نشان دهنده وسایل نقلیه مختلف است. در متون علمی چندین راه مختلف محاسبه سرعت متوسط یک گروه از وسایل نقلیه وجود دارد. یک راه در نظر گرفتن میانگین حسابی داده های مشاهده شده است. این زمان میانگین سرعت نامیده می شود و معادله اش به شرح زیر: که در آن N تعداد وسایل نقلیه عبوری از نقطه ای ثابت است. راه دیگر سرعت فضایی میانگین است: طول کل بخش جاده تقسیم بر کل زمان مورد استفاده برای سفر در این بخش. سرعت میانگین زمانی همیشه بزرگتر یا مساوی با سرعت میانگین فضایی است.
-3-2 دانسیته
دانسیته تعداد وسایل نقلیه مشاهده شده و اندازه گیری شده در طی یک بخش خاص جاده است. اگر فقط دتکتورهای نقطه ای در دسترس هستند آن را باید از متغیرهای دیگر و یا از سرعت و جریان و یا از ضریب اشغال بدست آورد. معادلات متعددی جهت استخراج دانسیته از پارامترهای دیگر وجود دارند. با این حال بسیاری از معادلات تنها تحت شرایط خاص معتبر هستند .[24]
-3 تاریخچه پیش بینی کوتاه مدت جریان ترافیک
تعداد قابل توجهی از مدل های پیش بینی جریان ترافیک تک متغیری در متون وجود دارند. برخی از این مدل ها محبوبیت بیشتر در میان محققان به دست آورده اند و به طور کامل تر بررسی شده اند. این تحقیق مدل های موجود را به چند زیر شاخه ها تقسیم می کند: روش های اکتشافی1، روش های خطی، روش های غیر خطی، روش های ترکیبی و روش های تئوری ترافی
