بخشی از مقاله
کاربرد سيستم هاي خبره در کنترل ترافيک شهرهاي بزرگ
چکيده
مهندسين حمل و نقل براساس نيازهاي خود مجبور خواهند بود همراه با متخصصين رشته هاي مخابرات ، الکترونيک ، کامپيوتر و ... با بهره جوئي از امکاناتي که بعنوان ره آوردهاي فن آوري اطلاعات شناخته مي شوند، "سيستم هاي هوشمند حمل و نقل را بوجود آورده اند که زيرساختي مطلوب و مناسب جهت تحقق و دستيابي به اهداف تعيين شده زير را فراهم آورده است . دانش مهندسي سعي کرد از ارائه دانش و کنترل راهبردهايي براي توسعه سيستم هاي خبره استفاده بهتري کند. در اين مقاله سعي بر آن داريم تا ضمن تشريح حجم کمي از کاربردهاي فن آوري اطلاعات در حمل و نقل ، استفاده از آن در سالهاي اخير و در جوامع پيشرفته براي کنترل ترافيک مورد بررسي قرار دهند. به همين دليل سيستم هاي مختلفي که در کنترل هوشمند ترافيک مي توانند مورد استفاده قرار گيرند مورد بررسي قرار گرفته اند.
واژه هاي کليدي : سيستم هاي خبره ، سيستم هوشمند ترافيک ، کنترل ترافيک شهرهاي بزرگ
مقدمه
حمل و نقل از نيازهاي اصلي جوامع انساني است و به دليل اهميت و نقش غيرقابل انکارش در طول قرن ها، آدمي را به استفاده از جديدترين فناوري ها واداشته است امروزه ما شاهد يکي ديگر از اين تحولات هستيم که بر خلاف نمونه هاي پيشين ، چندان به تغييرات فرم ارتباط پيدا نمي کندجديدترين تغيير امروزه در خصوص شکل نمي باشد و بيشتر به محتوا و نحوه استفاده صحيح از ابزارها مي پردازد. عصري که ما در آن هستيم ”عصر انفجار اطلاعات “ نام گرفته است . در اين عصر فناوري اطلاعات و ارتباطات بعنوان مهم ترين ابزار کارآمد که براي متخصصين رشته هاي گوناگون ، موجبات تسهيل و تسريع ارائه خدمات را فراهم نموده است ، محسوب گشته و مورد توجه قرار گرفته است . در چنين محيطي همانگونه که جابجايي و انتقال اطلاعات مهم مي باشد، حمل و نقل و جابجائي کالا و مسافر نيز بعنوان يکي از اساسي ترين نيازهاي بشر، همواره به عنوان شاخصي مطرح و در برنامه ريزي هاي کلان هر جامعه بسيار مهم بوده و مورد توجه ويژه قرار گرفته است . به همين دليل مهندسين حمل و نقل نيز سعي بر آن داشته اند تا از فناوري اطلاعات بعنوان راهکاري مناسب درجهت از ميان برداشتن مشکلات اساسي مديريت ترافيک بهره جسته و مشکلات آنرا به حداقل ممکن کاهش دهند.
کاربري فناوري ارتباطات و فناوري اطلاعات در حمل و نقل و باعث گرديده تا مبحثي جديد ايجاد گردد که بعنوان سيستم هاي هوشمند حمل و نقل يا ITS١ مطرح شده است . اين همان تحول شگرف عصر حاضر مي باشد که ماهيت صنعت حمل و نقل را دگرگون کرده است . سيستم حمل و نقل هوشمند به بررسي درخصوص يکپارچه سازي ارتباطات و فن آوري اطلاعات در سيستم هاي حمل و نقل و گسترش آن براي کمک به کاهش معضل ترافيک ، تضمين ايمني و کارآيي عملکرد سيستم هاي حمل و نقل و در نهايت حفاظت از محيط مي پردازد. روزبروز به تعداد سيستم هاي حمل و نقل هوشمندي (ITS) که توسط کشورها و نهادهاي مختلف پياده سازي مي شوند افزوده مي شود. اين سيستم ها به کشف مزاياي فوق العاده که توسط ارتباطات ؛ ميان شبکه هاي حمل و نقل ، سيستم ها و سازمان هاي مختلف توليد مي گردد مي پردازد. به عنوان يک نتيجه ، اين سيستمها به برانگيختگي ابزارهاي درحال توسعه و به کارگيري آن به نفع صاحبان سيستم و همچنين کاربراني که مي توانند از طيف وسيع تري از خدمات که به راحتي فراهم مي شود و ايمني بيشتري را ايجاد مي کند مي پردازد.
تاکنون تعاريف و تعابير زيادي براي سيستم هاي خبره و هوشمند حمل و نقل ارايه شده است ؛ بعنوان مثال انجمن حمل و نقل هوشمند آمريکا در سال ۱۹۹۸، ITS را به استفاده مردم از فناوري براي صرفه جويي در وقت و هزينه در زندگي روزمره ، تعبير کرده بود و درست يک سال بعد، دپارتمان حمل و نقل آمريکا، تعريف رسمي ITS را چنين عنوان کرد: "سيستم هاي جمع آوري ، نگهداري ، پردازش و توزيع اطلاعات مربوط به جابه جايي کالا و مسافر". اماتعريفي که در برنامه راهبردي ITS ايالت ويکتوريا استراليا عنوان شده است ، تعبيري مدرن تروبا دربرگيري بيشتربه شمار مي آيد: "استفاده هدفمند از ارتباطات و فناوري اطلاعات (ICT١) براي خلق سيستم کارآمد و ايمن تر حمل و نقل ".
۲.سيستم هاي خبره
سيستم هاي خبره امروزي فعاليت هاي حل مسئله زيادي را بر عهده دارند مانند اتخاذ تصميم ، ترکيب دانش ، طراحي و برنامه ريزي ، پيش بيني ، تنظيمات ، کنترل ، نظارت ، شناسايي ، تشخيص ، تجويز، تفسير، توضيح ، آموزش و غيره . با استفاده از تکنيک هاي مختلف و پذيرفته شده در آينده سيستم هاي خبره حتي فعاليت هاي بيشتري را نيز انجام خواهند داد. در ابتدا، سيستم هاي خبره در محدوده دانش شيمي توسعه داده شدند و تا پايان سال ۱۹۷۰ سيستم هاي خبره کارهاي پزشکي ، شيميايي ، آموزش ، منابع طبيعي و ديگر حوزه هاي دانش را انجام مي دادند. قابليت استفاده ابزارهاي قدرتمند در توسعه سيستم خبره امکان ايجاد تعداد زيادي از سيستم هاي خبره را در حوزه هاي مختلف فراهم کرد. با افزايش علاقه مندي به سيستم خبره و در دسترس بودن ابزارهاي قدرتمند زياد، سيستم هاي خبره شروع به توسعه در حوزه هاي جديد کردند. دانش مهندسي سعي کرد از ارائه دانش و کنترل راهبردهايي براي توسعه قدرتمندتر سيستم هاي خبره استفاده بهتري کند. امروزه مهمترين کاربردهاي سيستم هاي خبره آنهايي هستند که به پايگاه دادهاي که براي اهداف ديگري به انواع ديگري از سيستم ها يا نرم افزارها متصل شده اند دسترسي داشته باشند. کاربردهاي باارزش زيادي در آينده فرايند داده هاي معمول را با فن آوري سيستم هاي خبره ترکيب خواهند کرد. اتصال سيستم هاي خبره با سيستم هاي مديريت پايگاه داده ، سيستم هاي مديريت اطلاعات ، سيستم هاي تصميم گيري ، کنترل فرايند، اتوماسيون اداري ، سيستم اطلاعات جغرافيايي به علت ترکيب مهندسي دانش و مهندسي اطلاعات گرايش به تجميع پيدا خواهند کرد[١]
امروزه "سيستم هاي خبره حمل و نقل " خود به عنوان دانشي مستقل نگريسته مي شود؛ ولي ماهيت ميان رشته اي آن و امور مربوطه باعث گرديده تا به طور خاص از علوم زيرشاخه "کامپيوتر" همانند هوش مصنوعي ، مهندسي دانش و علوم زيرشاخه "ارتباطات و فناوري اطلاعات " همانند مهندسي الکترونيک ،مهندسي مخابرات و سيستم هاي راديويي ، در کنار "مهندسي عمران " نظير برنامه ريزي حمل و نقل ،مهندسي ترافيک ، مهندسي سازه و مهندسي راه بهره گيري شود. بدون شک اين سيستم را مي توان فصل مشترک "حمل و نقل " و "ارتباطات و فناوري اطلاعات " دانست . از همين روست که بازارهاي بسياري به طور مستقيم يا غيرمستقيم با آن درگير هستند و به تبع آن ، فرصت هاي کسب و کار زيادي در متن و حاشيه آن وجود دارد.
اطلاعات ، ارتباطات و يکپارچه سازي سه ويژگي اصلي است که سيستم هاي هوشمند بر اين اساس استوار مي باشند. ابزارهاي اين سيستم ها از يک سو به فعال کردن اپراتورهاي کنترل ترافيک و از سوي ديگر به بالا بردن آگاهي کاربران و تصميم سازي هوشمندانه تر از طريق ارائه اطلاعات بلادرنگ در مورد شبکه حمل و نقل و شرايط ترافيک ، همچنين اطلاعات آنلاين براي برنامه ريزي قبل از سفر مي پردازد.
۳.کاربرد سيستم هاي هوشمند حمل و نقل
شکلهاي اوليه سيستم هاي هوشمندي که براي اولين بار توسعه داده شده بودند سيستمهاي کنترل سيگنال ترافيک تطبيق پذير با زمان بودند. نمونه اي از اين سيستمهاي [٢] SCOOT و [٣]SCATS مي باشد. با پيشرفت فن آوري سيستم هاي هوشمند، کنترل سيستم هاي جديدتري مانند کروز کنترل تطبيقي ، که به طور خودکار توانايي نگه داشتن فاصله امن از وسيله نقليه جلويي با توجه به سرعت وسيله نقليه رادارد بروز پيدا مي کند. علاوه بر اين ، هدايت مسير پويا و جهت يابي يک مثال پيچيده تر از کاربردهاي سيستم هاي خبره مي باشد.
امتيازات و نتايجي مهمي که از کاربرد سيستم هاي خبره در شهرهاي بزرگ براي کنترل ترافيک شهري بخصوص در بزرگراههاي درون شهري عايد جامعه مي گردد ازجمله کاهش تصادفات که سيستم هاي هوشمند مي تواند به کاهش تعداد تصادفات و شدت جراحات وارده ناشي از آنها و همچنين سرعت بخشيدن به عمليات نجات کمک نمايد. مديريت سرعت و نظارت بر راننده ، دو برنامه مهم کاربردي براي کاهش تصادفات است . مديريت سرعت مي تواند بوسيله توليد هشدارهاي لازم ، بازخورد راننده و فراهم آوردن کنترل بر روي سرعت مثالهايي از ابزارهاي اين برنامه ها مي باشند.
• کنترل تطبيقي سرعت ؛
• اقدامات اضطراري و نجات سريعتر؛
• سيستم هاي دوربين سرعت جاده اي ؛
• سيستم هاي هشدار دهنده ؛
• کنترل ترافيک به صورت خودکار براي پياده و دوچرخه سواران ؛
• نظارت بر آب و هوا.
سيستم هاي هوشمند، مجموعه اي از به کارگيري فناوري هاي روز نظير دوربين ديجيتال ، سيستم هاي موقعيت ياب ماهواره اي (GPS) و الگوريتم هاي هوشمند مورد استفاده در کامپيوتر است که امروزه جايگزين سيستم هاي سنتي و دستي گذشته شده و راهکاري براي بهبود وضعيت ترافيک ، افزايش ايمني ، کاهش مصرف سوخت و کاهش آلودگي هواست .
در شهر ديجيتال ، کنترل و برنامه ريزي چراغ هاي راهنمايي داخل شهرها، براي مديريت ، روانسازي و بهينه سازي جريان ترافيک ، براساس حجم و ميزان تراکم خودروها که توسط حسگرهاي گوناگوني که در زيرسطح جاده و يا در حواشي آن نصب شده اند، سنجيده شده و براي پردازش و اخذ تصميم ، توسط ابزار ارتباطي نظير فيبرنوري يا به صورت بيسيم به مراکز کنترل مرکزي ارسال مي شود. اطلاعات دريافت شده در مراکز کنترل مرکزي براساس اصول مديريت ترافيک و محاسبات فازبندي چراغ ها توسط نرم افزارهاي مربوطه و با در نظر گرفتن شرايط متفاوت ، زمان بهينه توقف پشت چراغ و حرکت در شبکه معابر منطقه در وضعيت سبز، پردازش و دستورات لازم به دستگاه هاي کنترل کننده چراغ ها ارسال مي شود.
۴.سيستم هاي پيشرفته مديريت ترافيک ١(ATMS)
برمبناي سازمان بين المللي استانداردسازي ، خدمات کاربران هشت سرويس دسته بندي و ۳۲ سرويس کاربري مشخص گرديده است .
سيستم هاي پيشرفته مديريت ترافيک وظيفه بهينه سازي ظرفيت شبکه حمل و نقل درون شهري ، بخصوص در بزرگراهها و ترکيب خدمات مختلف جداگانه را برعهده دارد ، اين خدمات عبارتند از:
هماهنگي چراغ هاي راهنمايي براي به حداقل رساندن تاخير و صف کنترل درتقاطع ها؛ اندازه گيري رمپ براي حفظ تراکم خودروها در بزرگراه ها؛
شناسايي و مديريت حوادث و وقايعي مانند حوادث و خرابي هاي خودرو
۴,۱. کنترل ترافيک شهري (UTC)
هدف از سيستم هاي کنترل ترافيک شهري ، کاهش ازدحام ترافيک ، آلودگي هواي شهر ، کاهش تصادفات ، کاهش هزينه هاي حمل و نقل درون شهري ، صرفه جويي در مصرف انرژي و حفاظت از محيط زيست است . کاهش ازدحام ترافيک با بهره گيري از کنترل کننده سيگنال هوشمند انجام مي شود. بوردهاي پيام ترافيک نيز مي تواند با ارائه اطلاعات وضعيت ترافيک به رانندگان کمک قابل توجهي نمايند. در اين سيستم با کاهش تعداد توقف هاي اجباري وسيله نقليه در ترافيک ، آلودگي حاصل از ترافيک و همچنين سر و صداي توليد شده توسط وسايل نقليه منتظر در ترافيک کاهش مي يابد. صرفه جويي در مصرف انرژي را مي توان با جريان روان ترافيک و کاهش مرتبه مسافرتهاي شهري بدست آورد. توابع اوليه يک سيستم کنترل ترافيک به شرح زير است :
مجموعه خودکار اطلاعات مربوط به ترافيک ، از قبيل حجم ترافيک و ازدحام ، با استفاده از سنسورهاي مختلف کنترل ؛ سيگنالهاي کنترل ترافيک بر اساس اين اطلاعات ؛
راهنمايي و هدايت رانندگان با اطلاعاتي مانند وضعيت ازدحام ترافيک از طريق اطلاعات بوردهاي پيام رساني و دستگاه هاي ديگر؛ انجام و اعتماد به دستورالعمل هاي صادره از مراکز کنترل ترافيک پليس راهنمايي و رانندگي محلي .
به عنوان يکي از موفق ترين نمونه هاي پياده سازي براي سيستمهاي کنترل ترافيک شهري مي توان به سازمان توسعه صنعتي بزرگراههاي ژاپن اشاره کرد که يک سيستم کنترل ترافيک بسيار پيچيده در Nagano را از سال ۱۹۹۸ ايجاد نموده است .[٤]
۴,۲.سيستم مديريت بزرگراههاي و مناطق پرشيب
سيستمهاي مديريت سريع بر شرايط ترافيک و سپس پردازش اطلاعات بدست آمده ؛ وظيفه راهنمايي رانندگان به مسيرهاي جايگزين مختلف و اينکه چه زماني بايستي سرعت را بايد کاهش دهند را کنترل مي کند. در اين سيستم بايد بعضي از ابزارهاي کنترلي و اندازه گيري از قبيل فاصله سنجي سطح شيب دار و کنترل راههاي باريک را گسترش داد.
اندازه گيري شيب يک تکنيک مورد استفاده براي کنترل سيگنالهاي ترافيک بر روي برخي از شيبهاي خروجي و يا ورودي به بزرگراه هااست . آنها کنترل ميزان ترافيک را با پيوستن به شاهراه مخصوص وسايط سريع السير براي حفظ تراکم خودرو به منظور بهبود جريان ترافيک در شاهراه مخصوص وسايل سريع السير را انجام مي دهند. تحقيقات صورت گرفته بر روي بعضي از موارد اجرا شده نشان داد که با کاهش سرعت ترافيک به شيوه اي کنترل شده ، ظرفيت موثر استفاده از جاده ها مي تواند افزايش يابد.
از طرفي مديريت تقاضا براي حمل و نقل نيز به کاهش ازدحام ترافيک کمک خواهد کرد. اين را مي توان با استفاده از تکنيک هاي مختلف و کنترل هاي از قبيل تغيير در زمان بندي ترافيک براي کنترل حجم وسايل نقليه ورودي به منطقه انجام داد. ساير راه حل هاي احتمالي ممکن است شامل کنترل دسترسي به وسايل مختلف از وسايل نقليه ، که در برخي مناطق ترافيکي شهرهاي بزرگ همانند مختلف تهران اجرا گرديده است و يا قوانيني براي شماره هاي پلاک فرد و زوج در زمانهاي ازدحام ترافيک در روزهاي زوج و يا فرد هفته نيز اشاره کرد که در تهران پياده سازي شده است .
از سوي ديگر، اقدامات ديگري جهت اعمال مديريت تقاضا با شارژ وسايل نقليه براي استفاده از خيابانها و جاده ها در طول بازه هاي زماني پر ازدحام يا اينکه صدور مجوز براي کساني که مايل به پرداخت مبلغ مجوز ورود به مناطق پرازدحام وجود دارد. يک سيستم مديريت تقاضاي موفق در اين مورد شامل به کارگيري فن آوري هاي پيشرفته تر و پيچيده تر ارتباطي براي پياده سازي سيستم هاي الکترونيکي و خودکار عوارض براي کاهش ازدحام جاده ها [۴] ، بهبود ايمني وسايل نقليه و افزايش حفاظت از محيط زيست مي باشد.
کسب اطلاعات مربوط به سرنشينان وسايط نقليه و يا آمار مربوط به افرادي که قصد تردد در داخل شهر را دارند بسيار ضروري است . اين امر براي يک مسافر و يا مدير کنرل ترافيک مطلوب است که قادر باشد برنامه ريزي بسيار خاصي را براي خود انجام دهد. شهروندان نيازمند دسترسي به اطلاعات خوبي براي تصميم گيري بهتر در خصوص برنامه سفر خود مي باشند. از اين رو مسئولين و متوليان حمل و نقل به جمع آوري داده هاي ترافيک براي ديگر سرويسها مي پردازند، دسترسي مشترک به اين اطلاعات براي مسافران به ميزان قابل توجهي مفيد خواهد بود. هدف از سيستم اطلاعات پيشرفته مسافران (ATIS) جهت ارائه اين زيرساخت هاي اشتراکي مي باشد.
