بخشی از مقاله
چکیده
یکی از زیربخشهای مدیریت شهری، مدیریت ترافیک شهری است. تحقیق در عملیات نیز یکی اززیرمجموعه های علم مدیریت است که با استفاده از مدلها، تکنیکها و اثبات ریاضی، سعی در حل مسائل دارد ولی بنا به گستردگی و کاربرد وسیع آن، به یک حوزه از علم تبدیل شده است. لازم به ذکر است یکی از بزرگترین روشهای علم تحقیق در عملیات برای حل مسائل، مدلسازی می باشد. هدف این مقاله نیز این است که چگونه می توان از تحقیق در عملیات در مدیریت شهری استفاده کرد. روش پژوهش به صورت کاربردی و توسعهای میباشد و ابزار مورد استفاده در آن شبکههای پتری رنگین است که خود زیرمجموعه یکی از تکنیکهای مهم تحقیق در عملیات بنام شبکههای پتری میباشد. بدین صورت که قسمتی از شبکه خیابانی، یعنی چهار تقاطع ترافیکی شهر بوشهر توسط این تکنیک مدلسازی میشود. این مقاله سعی در اثبات این مسأله است که میتوان یک پدیده واقعی بنام ترافیک شهری را با این تکنیک از علم تحقیق در عملیات، یعنی شبکههای پتری رنگین مدلسازی کرد و کاربرد دیگری از این علم در حوزههای مختلف را نشان داد.
واژگان کلیدی: مدیریت شهری، ترافیک شهری، تحقیق در عملیات، مدلسازی، شبکههای پتری رنگین
مقدمه
یک شبکه ترافیک شهری از زیربخشهایی مانند خیابانها، تقاطعها، بزرگراهها و پارکینگها ساخته شده است. در این میان،تقاطعها که محل برخورد جریانهای ترافیکی هستند از اهمیت بسزایی برخوردارند. شمار زیادی از برخورد میان خودروها، دیرکردها و دشواریها به دلیل برخورد جریانهای ترافیکی در این گونه چندراههها رخ می دهد - De Oliveira, . - Camponogara, 2010 بنابراین، مدیریت آمد و شد خودروها در تقاطع از اهیمت ویژهای در یک شبکه حمل و نقل شهری برخوردار است.رشد شهرنشینی و افزایش شمار خودروها باعث افزایش روزافزون تقاضای سفر گردیده است. این واقعیت، منجر به تحمیل بار اضافی بر شبکه خیابانی شهرها میگردد. پیامد این موضوع، بروز مشکلاتی مانند تراکم، شلوغی، آلودگی و تصادف است که به هرزرفت شگرف منابع انسانی و اقتصادی در شهرها و نیز تحمیل هزینههای کلان رهنمون میگردد.
در واقع، میتوان کندی آمد و شد خودروها را بهایی دانست که جامعه در ازای سودمندی به دست آمده از بکارگیری خودرو و دیگر شیوههای ترابری میپردازد. امروزه هزینه این راهبندانها بسیار زیاد شده است. هنگامیکه در جایی از شبکه ارتباطی شهری ازدحام پدید میآید، رفت و آمد کند میشود، خودروها از حرکت باز میمانند، و پدیده راهبندان رخ میدهد. در این شرایط زمان به هدر میرود، امکان استفاده از فرصتها از بین میرود، انرژی بیهوده مصرف میشود، آلودگی به بار میآید، و مردم خسته و فرسوده میشوند. همه این ها، هزینههای گزافی است که ازدحام آمد و شد خودروها بر جامعه تحمیل مینماید. بر این اساس، امروزه ترافیک و برنامهریزی حملونقل از مهمترین موضوعهای مدیریت شهری میباشد - انصاری، . - 1390
باید یادآوری گردد که در پژوهش های داخلی، پدیده ترافیک مورد توجه مهندسان ترافیک بوده که دید مهندسی به موضوع داشتند و بیشتر به ساختار جاده، تراکم و چگالی خودروها در مسیر پرداختهاند. این پژوهش، از دیدگاه تحقیق در عملیات به پدیده ترافیک مینگرد. از اینرو، هدف این پژوهش چگونگی مدلسازی یک پدیده واقعی بنام ترافیک شهری با استفاده از یکی از تحقیقهای علم تحقیق در عملیات، بنام شبکههای پتری رنگین است.پیشینه کنترل ترافیک شهری به پیشینه خودرو یعنی به دهه 1860 در لندن باز میگردد، هنگامی که یک چراغ راهنمایی برای ایمنی اعضای پارلمان در یک تقاطع نزدیک پارلمان نصب شد . - Rahman, Ratrout, 2009 -
با توجه به توانایی شبکههای پتری در مدل نمودن همزمانی و ناهمزمانی، این ابزار میتواند برای هر دو سطح خرد و کلان سیستمهای ترافیک شهری به کار گرفته شود. ایده کاربرد شبکههای پتری در مدل شبکههای ترافیکی در سال 1991 مطرح شد و نیزکاربرد تکنیکهای نرم در سیستمهای ترافیک و حمل و نقل توسط - Avineri, 2005 - بازخوانی شد. وی مساله ترافیک را در قالب تکنیکهایی مانند مجموعههای فازی، شبکههای عصبی، الگوریتم ژنتیک دستهبندی کرد. استفاده از روش-های علم فیزیک توسط - Helbing, 2002 - نیز در شبیهسازی دیدگاههای خرد و کلان ترافیک بزرگراه مورد استفاده قرار گرفت. - Hu Jiang, Wang, 2009 -
در پژوهشی با عنوان کاربرد شبیهسازی کامپیوتری در طراحی یک زمان گیرنده علائم ترافیکی به استفاده از شبیهسازی در بدست آوردن بهترین زمان علائم ترافیکی در چهارراه پرداخته و کاهش بیست درصدی زمان انتظار خودروها در پشت چراغ را نتیجه گرفتند.در پژوهشی با عنوان ارزیابی عملکرد کنترل ترافیک در یک چهارراه با شبکههای پتری زمانمند به مدلسازی و ترکیب دو دیدگاه خرد و کلان پرداخته شد. در مدل پیشنهادی، خیابانها با نماد جا و جریان آمد و شد خودروها با نماد گذار مدلسازی شد. همچنمین - Lin, Shi, 2003 - در پژوهشی با عنوان مدلسازی سیستمهای حمل و نقل با سیستمهای هیبریدی، نقاط قوت و ضعف مدلهای خرد و کلان را بررسی کردند. - Li, Li, 2008 -
نیز با تجزیه و تحلیل سیستمهای گسسته پیشامد، رویکردی نو برای مدلسازی کنترل چراغهای راهنمایی پیشنهاد دادند. آنان برای این کار از شبکههای پتری استفاده کردند و توانستند سیاستهای اولویتبندی و نیز دیرکرد چراغها را بررسی نمایند. - Farhi, Quadrat, 2009 - با اعتبارسنجی یک مدل شبکه ترافیک شهری با استفاده از شبکههای پتری رنگین زمانمند، آن را تجزیه و تحلیل نمودند. - List, Cetin, - 2004 با بکارگیری شبکههای پتری، یک مدل 8 مرحلهای برای مدلسازی کنترل چراغ راهنمایی ارائه دادند.مدلی برای چهارراههای پیچیده و تعیین فازبندی برای هر مرحله، توسط - Iordache, Antsaklis, 2009 - ارائه شد که در آن اقدام به طراحی و تجزیه و تحلیل چراغهای راهنمایی با شبکههای پتری رنگین زمانمند کردند.
افزون بر این، آنان یک کنترلکننده برای شبکههای ترافیک شهری طراحی کردند که با شبکههای پتری رنگین زمانمند به مدل سازی و شبیهسازی ترافیک شهری میپرداخت. همچنین، این دو پژوهشگر یک روش نوین مدلسازی برای چراغهای راهنمایی بر اساس شبکههای پتری رنگین ارائه دادند و به مدلسازی و شبیهسازی و بدست آوردن گرافهای پیشامد و رابطهی میان ویژگی زنده بودن شبکه و برگشتپذیری پرداختند.دستیابی به کنترل بهینه چراغهای راهنمایی یکی از زمینههای پژوهشی در حمل و نقل شهری است. - List, Cetin, - 2004 برای کنترل چراغهای راهنمایی از یک مدل شبکه پتری استفاده نمودند. آنان با تغییر در ساختار عملیاتی سیستم، توانستند شیوهای نو برای کنترل چراغهای راهنمایی و گذر ایمن خودروها از چهارراه پیشنهاد دهند.
عدم اطمینان در پیش-بینی ترافیک در کشور هلند توسط - De Jong, Daly, 2007 - بررسی گردید. مدلسازی و استفاده از درخت دسترسپذیری برای تجزیه و تحلیل سیستم، در پژوهش - Soares, Vrancken, 2008 - صورت پذیرفت که به مدلسازی و تجزیه و تحلیل چراغهای جاده ای با شبکههای پتری و منطق خطی منجر گردید. برخی از پژوهشگران کنش میان خودروها و عابران پیاده را در کانون توجه خود قرار دادند. در پژوهشی با عنوان مدلسازی جریان ترافیک در پیادهروها، - Pross, Bachmann, 2009 - در یک شبیه سازی خردنگر با ماشینهای خودکار سلولی، با تمرکز بر رفتار عابران و تاثیر آن بر جریان آمد و شد خودروها و عابران، مدت زمان انتظار خودروها را بررسی نمودند.
- Di Febbraro, Sacco, 2002 - با مدلسازی و ارائه مفاهیم و تحلیلهای ریاضی به مدلسازی سیستم ترافیک شهری بر اساس شبکه پتری تصادفی پویا پرداختند. در پژوهشی با عنوان مدلهای ترافیک جادهای که توسط - Hounsell, - Shrestha, 2009 انجام شد، با بکارگیری آمیزه شبکههای پتری و روش جبری مینپلاس توانستند بار ترافیکی خودروها بر روی جاده را مدلسازی و تجزیه و تحلیل نمایند. - Wang, Jin, 2009 - در یک پژوهش با عنوان مدلسازی و ارزیابی کنترل چراغ راهنمایی با شبکه پتری زمانمند، به بررسی کاربردهای شبکههای پتری در کنترل چراغ راهنمایی و تجزیه و تحلیل آنها پرداختند. - Rahman, Ratrout, 2009 -
بکارگیری منطق فازی در کنترل علائم راهنمایی در عربستان را بررسی نمودند. - L¼pez-Neri, L¼pez-Mellado, 2009 - با ارائه یک مدل خرد و تشریح شبکه ترافیک و پویایی نهادهایی مانند خودروها، چراغها و مسافران و همچنین با بکارگیری شبکههای پتری، چارچوبی برای مدلسازی و شبیهسازی خرد سیستم-های ترافیک شهری ارائه دادند. اعتبارسنجی مدل های مربوط به ترافیک و خودروها با استفاده از تحلیل های آماری توسط - Smit, Ntziachristos, 2010 - مورد مطالعه قرار گرفت. - Salimifard, Ansari, 2013 - نیز در پژوهشی با عنوان مدلسازی و شبیهسازی ترافیک شهری به ارائه مدلی برای شبیهسازی چهارراه با استفاده از نرمافزار آرنا پرداختند.
همچنین، آنان در پژوهش دیگری - 1391 - به مدلسازی و شبیهسازی یک چهارراه با شبکههای پتری رنگین پرداختند. بررسی و بازخوانی پژوهشهای پیشین، بیانگر پرشور بودن مسئله ترافیک شهری و مدلسازی و تجزیه و تحلیل آن با بکارگیری روشهای گوناگون تحقیق در عملیات است. در این میان، روش مدلسازی یکی از پرهوادارترین و کارآمدترین تکنیک برای تجزیه و تحلیل ترافیک شهری است - انصاری، . - 1390لازم به ذکر است هدف این پژوهش چگونگی مدلسازی یک پدیده واقعی بنام ترافیک شهری با استفاده از شبکههای پتری رنگین است.
