بخشی از مقاله
خلاصه
شهر الکترونیکی ازجمله دستاوردهای بکارگیری فنآوری اطلاعات به منظور صرفهجویی در زمان و هزینه شهروندان است. در این راستا استفاده از سامانه تطبیقی کنترل هوشمند چراغهای راهنمایی و رانندگی میتواند نقش مهمی را در مدیریت بهینه شهری ایفا کند.
در واقع هدف از الگوریتم تطبیقی، کنترل بهنگام ترافیک شریانهایشهری بوده که اخیراً در بسیاری از کشورهای دنیا مورد توجه و بهرهبرداری قرار گرفته است. مهم ترین ویژگی این سیستمها، عکسالعمل لحظهای و تطبیقی در مقابل تغییرات ترافیکی واقع در هر تقاطع با در نظر گرفتن حجم تردد خودروها در مسیرهای مرتبط به آن می باشد.
در پژوهش حاضر ضمن توصیف دو نمونه از رایجترین این سامانهها بهنام SCATS و SCOOT، مزایای حاصل از بهرهگیری آنها ارائه و با یکدیگر مقایسه گردید. نتایج بررسی انجام شده نشان میدهد که سیستمهای کنترل تطبیقی چراغ، ضمن رفع بسیاری از معضلات ترافیکی و کاهش 8 الی 25 درصدی زمان سفر، به دلیل کاهش ماندگاری وسایل نقلیه در سطح شهر باعث کاهش آلودگی های زیستمحیطی و جلوگیری از آلودگی هوا تا 10 درصد میشوند.
همچنین به دلیل هدایت سیستماتیک، سبب کاهش خطاهای انسانی و عدم نیاز به حضور فیزیکی مامورین کنترل ترافیک خواهد شد. بر این اساس، امروزه کاربرد صحیح و آگاهانه از روشهای نوین مخابراتی و الکترونیکی ابزاری موثر برای مدیریت هوشمند ترافیک و نیل به اهداف شهر الکترونیک محسوب میشود.
.1 مقدمه
موارد متعددی مانند خسارتهای مادی و معنوی ناشی از تصادفات، آلودگیهای زیستمحیطی، اتلاف زمان و مصرف زیاد انرژی ازجمله معضلات ترافیکی شهرهای بزرگ محسوب میشوند. بنحویکه امروزه کاربرد فنآوری اطلاعات - با استفاده از روشهای نوین مخابراتی و الکترونیکی - برای حل مشکلات ترافیک مورد توجه بسیاری از کارشناسان قرار گرفته است. از نخستین تدابیر صورتگرفته در حوزه مدیریت هوشمند ترافیک شریانهای شهری، میتوان به پروژههایی نظیر نصب دوربین در تقاطعهای شهر و نیز کنترل زمانبندی چراغهای راهنمایی متناسب با حجم ترافیک، اشاره نمود
اگر چه کاربرد روشهای فوق باعث بهبود و کنترل قابل توجه تردد وسایل نقلیه در تقاطعها میشود اما در تقاطعهای بسیار شلوغ و همچنین در شهرهایی که بهدلیل وجود رفتارهای خاص ترافیکی امکان مدلسازی وجود ندارد، باز هم کنترل دقیق و بهینه تقاطعها با مشکلات جدی روبرو میباشد. بر این اساس در چند سال گذشته مطالعات زیادی در زمینه کنترل هوشمند تقاطعها انجام شده است
نتیجه این تحقیقات به وجود آمدن سامانههای الکترونیکی مدرنی است که بتوانند به سرعت الگوهای حرکت ترافیک را در سطح شهر پایش کرده و بر اساس آن زمانبندی و کنترل تقاطعها را انجام دهد .[1] ازجمله مهمترین این سیستمها میتوان به الگوریتم کنترل تطبیقی چراغ راهنمایی و رانندگی مانند سیستمهای 1SCOOT و 2SCATS اشاره کرد 4] و .[5 بر اساس گزارشها و بررسیهای انجام شده از مهمترین مزایای روش کنترل تطبیقی چراغ میتوان به کاهش زمان سفر، کم کردن میزان تاخیر وسایل نقلیه، افزایش سرعت، کاهش توقف خودروها و جلوگیری از انتشار فزآینده گازهای آلاینده اشاره نمود
بدین ترتیب با پیادهسازی روشهای هوشمند کنترل ترافیک، امکان حصول به اهداف مورد نظر از ایجاد شهر الکترونیک - یعنی صرفهجویی در زمان و هزینه - به تحقق خواهد پیوست. لذا در پژوهش حاضر ضمن معرفی سیستمهای متداول کنترل تطبیقی چراغ، نتایج مثبت حاصل از کاربرد این سامانهها در شهرهای مختلف دنیا با فرهنگهای ترافیکی متفاوت مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است.
.2 سامانه هوشمند کنترل ترافیک
اولین نسل سامانههای تطبیقی هوشمند، جریان ترافیک را بهطور پیوسته ابزارنگاری - مانیتور - میکردند و با توجه به وضعیت موجود مناسبترین طرح را برای آن جریان ترافیکی در نظر میگرفتند. نسل دوم این سیستمها با توجه به تردد خودروها و بهروزرسانی تاریخچه دادهها، یک طرح جدید برای شرایط ترافیک ایجاد میکرد. این امر اغلب سبب تغییرات فراوان در طرحهای از پیش موجود و گسیختگی آنها میشد. در اواخر دهه 1970 میلادی لابراتوار تحقیقاتی حمل و نقل بریتانیا 3 - TRL - یک روش جدید برای رفع این معضل ارائه داد. به گونهای که کامپیوتر مرکزی بهطور آنلاین و پیوسته جریان ترافیک سراسر شبکه را مانیتور کرده و یک سری تنظیمات کوچک پیوسته برای زمانبندی چراغهای راهنمایی، کاهش تاخیرات و بهبود جریان ترافیک ایجاد میکند
هر سامانه کنترل تطبیقی ترافیک باید بتواند وضعیت ترافیک کنونی را بهطور لحظهای تشخیص داده تا از طریق یک واکنش سریع و بهینه، وضعیت چراغ راهنمایی را در صورت لزوم تغییر دهد. بنابراین این سامانهها در هر مسیر نیاز به شناساگرهایی - سنسورهایی - دارند که موقعیت مکانی آنها اهمیت زیادی در عملکرد بهینه طرح دارد. برای نصب شناساگرها عمدتاً از جاسازی رشته سیمهایی بهصورت حلقههای القایی یا قیاسی در کف جادهها استفاده میشود
این حلقهها در واقع چشم سیستم برای ثبت اطلاعات به شمار میروند، و طرز کار آنها بدین صورت است که در اطراف خود میدانهای الکترومغناطیسی تشکیل می دهند که با عبور اتومبیل از روی حلقه، شدت میدان تغییر یافته و به این ترتیب عبور اتومبیل و تعداد آنها تشخیص داده میشود. اطلاعات مربوط به عبور اتومبیلها توسط سیستم جمعآوری و بهصورت دادههای میدانی توسط یک زیر ساخت اطلاعاتی مثل فیبر نوری، به مرکز کنترل ترافیک انتقال مییابد. در این مرکز، نرم افزار مرکزی سیستم که در واقع قلب شبکه است، این اطلاعات را تحلیل کرده و زمان مناسب سبز شدن چراغ را به هر تقاطع اختصاص میدهد. سپس زمان مربوطه که به نوعی خروجی سیستم است، توسط همین بستر مخابراتی به هر چراغ ارسال شده و نتیجه این فنآوری بهصورت عوض شدن سیستماتیک رنگ چراغ مشخص میشود. بنحویکه تمامی این مراحل با سرعت زیاد، در زمان بسیار کوتاه و بهصورت آنلاین انجام میشوند.
ازجمله سامانههای موفق کنترل ترافیک تطبیقی که هماکنون در اغلب شهرهای مختلف دنیا از آنها استفاده میشود، سیستمهای SCATS و SCOOT میباشند. علیرغم هزینه زیاد اولیه برای نصب و اجرای این سیستمها، ولی در شرایط دراز مدت نتایج چشمگیری در مدیریت بهینه شهری داشته و اساساً به عنوان بخشی از زیرساختهای شهر الکترونیک محسوب میگردد 1] و [2، که در ادامه این تحقیق به معرفی بیشتر و نحوه کار آنها پرداخته شده است.
.1-2 معرفی سامانه SCATS
سامانه کنترل مرکزی و هوشمند SCATS پس از انجام مطالعات اولیه، نخستین بار در سال 1969 میلادی در شهر سیدنی کشور استرالیا برای کنترل تقاطعهای این شهر مورد استفاده قرار گرفت 4@ و .>5 پس از آن، نسخههای جدید این سیستم به همراه پیشرفت تکنولوژی و امکانات یکی پس از دیگری تولید شدند. در شرایط کلی سیستم SCATS از دو سطح کنترلی مختلف شامل سطح استراتژیک و سطح تاکتیکی استفاده میکند. سطح کنترل استراتژیک زمانبندی مناسب را برای چراغهای راهنمایی مناطق اصلی و فرعی بر اساس میانگین وضعیت متداول ترافیک تعیین میکند و سطح کنترل تاکتیکی اشاره به کنترل اختصاصی فعل و انفعالات هر سطح دارد. جدول 1 عملکرد هر یک از این سطوح کنترلی را شرح میدهد
جدول : - 1 - سطوح مختلف کنترلی در سامانه SCATS
- گروههایی از چراغهای راهنمایی 1 - الی 10 گروه - با یکدیگر تشکیل یک زیرسیستم را میدهند.
- حداکثر 64 زیرسیستم مرتبط با یکدیگر توسط یک کامپیوتر منطقهای کنترل میشوند.
- هر چراغ راهنمایی در یک زیرسیستم، یک زمان معمول را به اشتراک میگذارد. بهگونهای که این زمان در هر دوره، برای نگهداشتن بیشترین درجه اشباع شدگی - حدود - 0/9 به روز شده است. درجه اشباعشدگی به مقدار اندازهگیری تردد وسایل نقلیه توسط شناسگرها وابسته است.
- زمان هر دوره میتواند 6 الی 9 ثانیه متفاوت باشد.
- فاز جداسازی برای نگهداشتن درجه اشباعشدگی برابر و کمینهکردن تأخیر، میتواند زمان هر دوره را تا 4 درصد افزایش دهد.
- آفستها برای هر زیرسیستم انتخاب میشوند.
- عملیات تحت نظر سطح استراتژیک توسط کامپیوتر منطقهای فراهم می شود.
- انعطافپذیری محلی را برای پاسخگویی به تغییرات چرخهای در هر تقاطع فراهم میکند.
- زمان ذخیره شده در طی یک دوره، ممکن است توسط فاز بعدی استفاده شود و یا به فاز اصلی برای حفظ هر یک از کنترلکنندههای محلی در طول دوره سیستم اضافه شود.
.1-2 معرفی الگوریتم SCOOT
لابراتوار تحقیقاتی حمل و نقل جادهای در بریتانیا اولین بار سامانه SCOOT را در سال 1973 توسعه داد سپس این سیستم در سال 1979 میلادی در شهر گلاسگو راهاندازی شد
SCOOT به عنوان یک ابزار کارآمد، مفید و موثر برای مدیریت ترافیک شناخته شده است و هم اکنون در 130 شهر کشور انگلستان استفاده میشود
شکل 1 بهصورت خلاصه عملیات صورت گرفته در این الگوریتم هوشمند، را نشان میدهد. زمانی که وسایل نقلیه از روی حسگرها عبور میکنند؛ SCOOT اطلاعات را دریافت و این اطلاعات را به واحدهایی موسوم به 1lpu تبدیل میکند
