مقاله کنترل ترافیک شهری با اولویت اتوبوس بر پایه سیستم های چند عاملی

بخشی از مقاله

چکیده

امروزه ترافیک یکی از اصلی ترین معضلات شهرهای بزرگ محسوب می شود. تحقیقات متعددی در زمینه کنترل و مدیریت ترافیک شهری در صدد رفع این مشکلات هستند که برخی از آنها در شهر های مختلف و پرترافیک دنیا پیاده سازی شده و بازدهی بسیار مطلوبی داشته است .

در این مقاله ضمن بررسی نمونههای موفق مدیریت ترافیک شهری با استفاده از سیستمهای چند عاملی به امکان سنجی راهکارهای مشابه برای کلانشهر تبریز می پردازیم. طبق بررسیهای انجام شده، به این نتیجه رسیدیم که با توجه به رایج بودن اتوبوس به عنوان وسیله نقلیه عمومی، سیستم مدیریت هوشمند ترافیک شهری با اولویت اتوبوس بر پایه سیستمهای چندعاملی راهکاری موثر در کنترل ترافیک شهر تبریز خواهد بود.

-1 مقدمه

حمل و نقل شهری، به ویژه پدیده تراکم و آلودگی، از جمله مشکلات عمده شهرهای بزرگ هستند .[2] امروزه در مقولهی ترافیک شهری شواهد تجربی نشان داده است، که صرفا گسترش و تعریض جاده های موجود و یا ایجاد زیرساخت های جدید بهترین روش برای کنترل ترافیک شهری نیست. بلکه جهت کاهش عوارض جانبی مرتبط، باید از طراحی و بهره برداری از سیستم های هوشمند کنترل ترافیک بجای روش های سنتی استفاده نمود. همچنین جهت استفاده از حمل و نقل عمومی برای ارائه مشوق هایی برنامه ریزی کرد

در جدول شماره 1 خلاصه ای از نتایج نصب سیستم های هوشمند در شهر های مختلف دنیا آورده شده است که ارزیابی آنها با پنج فاکتور کاهش توقف، کاهش تاخیر، کاهش آلودگی، کاهش مصرف سوخت، کاهش زمان سوخت صورت گرفته است. نتایج حاصله از این ارزیابی نشان می دهد که بکارگیری سیستم های هوشمند در شهرهایی مانند لوس آنجلس آمریکا کاهش 40درصدی در توقف، آلودگی هوا و همچنین کاهش تاخیر را بهمراه داشته است و در شهر سیدنی استرالیا حدود 30% باعث کاهش مصرف سوخت شده است در شهر پاریس فرانسه نیز باعث صرفه جویی 20 درصدی در زمان سفرها شده است.

باتوجه به اینکه حجم اطلاعات درمدیریت ترافیک شهری بسیار زیاد است محاسبات سیستم سخت و پیچیده می باشد بنابراین توزیع شدگی و شکست حجم عظیم اطلاعات به قسمت های کوچک و اجرای مستقل هر بخش برای رسیدن به یک هدف ضروری می باشد. با توجه به اینکه این ویژگی ها در سیستم های چندعاملی قابل پیاده سازی و اجرا می باشد و در اکثر مدلها و پیاده سازیهای انجام شده در حوزه کنترل و مدیریت ترافیک از سیستمهای چند عاملی استفاده شده است ما نیز در بررسیها و تحلیل های خود از این روش استفاده کردیم.

جدول :1 نتایج نصب سیستم کنترل هوشمند درشهرهای مختلف

ما نتایج مطالعات خود را بر کلانشهر تبریز منعکس خواهیم کرد. با توجه به بافت شهری کلانشهر تبریز، امکان پذیر نبودن یا هزینه بر بودن تعریض جادهها، عدم راه اندازی کامل مترو و قطار شهری همچنین افزایش تعداد خودروها، ترافیک،جمعیت شهر تبریز و به تبع آن افزایش سفرهای درون شهری استفاده از یک سیستم هوشمند مدیریت ترافیک شهری کاملا ضروری ولازم میباشد. درنتیجه در این تحقیق علاوه بر بررسی نمونه های موفقیت آمیز سیستمهای مدیریت ترافیک هوشمند در شهرهای پرترافیک دنیا، یک روش مدیریت ترافیک شهری برای کلانشهر تبریز ارائه کردیم.

با ذکر این مقدمات، این مقاله به این صورت سازماندهی می شود: در این مقاله، در بخش اول سیستم های چند عاملی و دلیل استفاده از سیستم های چندعاملی جهت کنترل ترافیک شهری مورد بررسی قرارگرفته است. در بخش دوم تکنیک های مدیریت ترافیک که شامل پنج تکنیک می باشد و برخی از آنها در شهرهای پر ترافیک دنیا پیاده سازی و اجرا شده اند تشریح می گردد. در ادامه، به مقایسه و ارزیابی تکنیکهای ارائه شده می پردازیم که مزایا و معایب کلیه تکنیکها در قالب جدولی در بخش سوم ارائه شده است. در بخش چهارم راهکار و معماری جدیدی برای مدیریت ترافیکی کلانشهر تبریز با استفاده از مزایای تکنیک های ارائه شده موقعیت، امکانات و بافت شهری تبریز ارائه کردیم و در بخش آخر نتیجه گیری کلی ارائه شده است.

-1-2 سیستمهای چندعاملی

عامل یک سیستم کامپیوتری است که در محیطی قرار دارد و قادر است اعمال خودمختارانه ای برای رسیدن به اهدافش انجام دهد. عاملها قادرند با یکدیگر تعامل داشته باشند و نسبت به اعمال دیگر عاملها واکنش نشان دهند

سیستم چندعاملی1، روش طراحی سیستم بر اساس عامل می باشد. به دلیل اینکه مغز متفکر واحدی برای سیستمهای چند عاملی در نظر گرفته نشده است و تصمیمگیری در این سیستم ها به صورت توزیعشده میباشد میتواند گزینه مناسبی برای محیطهایی با مقیاس وسیع و محیطهای ناشناخته به شمار آید . با استفاده از سیستم های چندعاملی پردازش موازی آسان تر شده و سرعت انجام کار افزایش می یابد، پیچیدگی کارها کمتر شده و پیاده سازی سیستم نیز آسان می شود.

-2 تکنیک های ارائه شده

در این بخش به معرفی و بررسی برخی از سیستمهای موجود که جهت کنترل ترافیک شهری ارائه شده و مبتنی بر سیستمهای چند عاملی می باشند میپردازیم. ضمن معرفی هر سیستم به تحلیل آن، بررسی تعداد عاملها، نوع عاملها و نحوه ارتباط آنها با یکدیگر و همچنین کارایی هر سیستم، میزان موفقیت و کاربردی بودن آن اشاره می کنیم.

-2-1 سیستم چندعاملی برای کنترل ترافیک با اولویت اتوبوس

درترافیک شهری، عواملی چون وسایل نقلیه، خیابان، مسافران، تقاطعها و چراغ راهنمایی موثر هستند. ارزانترین روش کنترل ترافیک شهری، تشویق مردم به استفاده از وسایل حمل و نقل عمومی است و اتوبوس رایج ترین وسیله نقلیه عمومی می باشد. مسافرت با وسایل نقلیه عمومی مزایای زیادی از جمله راحتی، ارزان بودن، کوتاه بودن زمان مسافرت و بی خطر بودن دارد.

نویسندگان مقاله[5] نیز به طراحی سیستمی هوشمند برای کنترل ترافیک شهری با اولویت اتوبوس پرداخته اند.

در چنین سیستمی، چراغ های راهنمایی هوشمند می باشند و اتوبوس ها مجهز به سیستم هوشمند می باشند. زمان ، اولویت اول عامل ها میباشد. در این سیستم کمان بعنوان نماینده جاده میباشد که با طول، ظرفیت، جریان عبوری و تعداد خودرو های عبوری تعریف میشوند و تقاطع با مجموعه ای ازکمان ها در ارتباط است.

این سیستم از چهار عامل تشکیل شده است که شامل عامل اتوبوس - - bus ، مسیر اتوبوس - - bus route ، تقاطع - - Intersection و عامل مرحله - - stage میباشد. عامل اتوبوس نماینده یک اتوبوس است که بوسیله عامل مسیر ، با فرکانس خاصی به شبکه تزریق می شود و با وارد شدن به شبکه، اطلاعات هر کمان را دریافت میکند و یک فاصله زمانی را برای اینکه در پشت چراغ قرمز نماند از عامل تقاطع درخواست میکند.

هر اتوبوس به محض رسیدن به ایستگاه اتوبوس باعامل مسیر تبادل پیام دارد تا مدت زمان لازم را برای انتظار دریافت کند و فواصل بین اتوبوس ها رعایت شود. کلیدیترین عامل، عامل تقاطع میباشد که وظیفه برنامه ریزی چراغ راهنما، دریافت و ارسال سیگنال را بر عهده دارد و هدف ارائه یک رزرو زمانی بهتر برای عامل اتوبوس است. عامل مرحله هم که با عامل تقاطع در ارتباط است مدت زمان مطلوب برای سبز بودن چراغ را جهت تخلیه کمان ها در نظر می-گیرد.

به طور کلی با استفاده از این روش - اولویت دادن به اتوبوس - 20 تا 40 درصد در زمان سفر اتوبوس ها صرفه جویی می شود.

-2-2 سیستم چندعاملی برای کنترل ترافیک خودروهای شخصی و حمل و نقل عمومی[6]

در مقاله [6] هدف برنامه ریزی چراغ راهنمایی برای وسایل نقلیه شخصی و عمومی با اولویت اتوبوس می باشد. در این مقاله به طراحی یک سیستم چند عاملی برای کنترل ترافیک شهری اشاره شده است که برنامه ریزی چراغ راهنمایی را فراهم میکند و اطمینان میدهد که فواصل بین اتوبوسها بر پایه ایستگاه های مختلف در مسیر را با تغییر اولویت اتوبوسها رعایت کرده تا ارائه سرویس به همه مسافران در ایستگاه های مختلف فراهم شود.

دراین سیستم چهار عامل تعریف شده است که شامل عامل مسیر، اتوبوس، تقاطع و عامل مرحله است .کمان بیانگرجاده است و عامل اتوبوس با وارد شدن بر روی کمان اطلاعات آن را بدست می آورد واتوبوس ها با یک فاصله زمانی معین و در یک صف وارد ایستگاه اتوبوس میشوند که این فاصله زمانی بوسیله عامل مسیر تنظیم می شود. هر عامل اتوبوس از یک ماژول خاص برای حالات درونی و یک ماژول ارتباطی برای تبادل اطلاعات با عامل ها و اپراتور های دیگر استفاده می کند. عامل اتوبوس با تخمین زمان رسیدن به تقاطع یک رزرو زمانی از عامل تقاطع درخواست میکند تا در پشت چراغ قرمز نماند.
 
عامل مسیر اتوبوس نقش ناظر را در سیستم دارد که جهت ارائه سرویس به تمامی مسافران از تمامی مسیرهای اتوبوس اطلاعات کلی را دریافت میکند که شامل لیستی از کمان های مربوطه ، اتوبوسهای فعال همراه با فرکانس ورود به مسیر و ایستگاه های فعال میباشد. زمانبندی فواصل بین اتوبوسها را تنظیم میکند با دو روش باعث تغییر اولویت ها می شود:

روش مستقیم با نگه داشتن عامل اتوبوس در ایستگاه، در یک مدت کوتاه ترتیب عامل ها را تغییر میدهد و روش غیر مستقیم با تغییر اولویت اتوبوسها. هرعامل مرحله، لیستی از کمانهایی که در صورت سبز بودن چراغ فعال می شود را دارد و برای برنامه ریزی چراغ راهنما با عامل تقاطع همکاری می کند عامل تقاطع با ارسال پیام به عامل مرحله شروع پروتکل برنامه ریزی چراغ راهنما را اعلام می کند. سپس هر عامل اولویت و مدت زمان مطلوب چراغ سبز رابرای عبور خودروها ازکمانهای فعال خود اعلام میدارد و عامل تقاطع بر اساس اولویتهای اعلام شده زمانبندی چراغ راهنما را طراحی میکند.

در این سیستم، استراتژی چند عامله، ترافیک مربوط به خودروهای شخصی و اتوبوس را بهبود میبخشد و %38 از زمان اتوبوسها و %51 از زمان هدر رفته همه خودروها را در چراغ راهنمایی نسبت به زمان ثابت بهبود میبخشد. -6] [8 این تحقیق با همکاری گروهی تحقیقاتی در فرانسه صورت گرفته و در محیط JADE بصورت آزمایشگاهی پیاده سازی شده است.

-2-3 سیستم چند عاملی بعنوان دستیار مدیریت ناوگان اتوبوسرانی[7]

در مرکز مدیریت ناوگان اتوبوسرانی با توجه به حجم وسیع داده ها که از عامل های مختلف می رسد کنترل سیستم سخت و پیچیده میشود. وظیفه مرکز کنترل شناسایی مشکلات و حوادث در طول مسیر اتوبوس ها و ارائه یک راهکار مناسب برای رفع مشکل میباشد این مشکلات شامل تاخیر یک یا چند اتوبوس، عدم سوار شدن مسافران به یک یا چند اتوبوس به دلیل پر بودن ظرفیت یا خارج شدن اتوبوس از ارائه سرویس میباشد و تدابیر لازم برای رفع این مشکلات شامل افزایش و یا کاهش سرعت اتوبوس- تغییر جدول زمانی اتوبوسها و یا اضافه کردن اتوبوس رزرو به مسیر است.

در پژوهش[7]، سیستمی با چهار عامل تعریف شده است: عامل مدیریت ناوگان اتوبوسرانی، عامل ارتباطات، عامل کنترل مرکزی و عامل های خارجی که ممکن است هر کدام از عامل ها خود شامل چندین عامل درونی هم باشد. شکل 2 معماری عامل های مدیریت ناوگان را در این سیستم نمایش میدهد.

عامل مدیریت ناوگان اتوبوس، برای هر مسیر یک عامل مدیریت مسیر - LMA - دارد که مسئول نظارت بر آن مسیر یا مسیرهای تعیین شده می باشد. وظیفه این عامل، تشخیص، شناسایی برنامه ریزی عملیات و پیش بینی می باشد و اطلاعات مربوط به جدول زمانی مسیرها و زمان رسیدن اتوبوس ها به ایستگاه را در اختیار دارد. در صورت تشخیص مشکل آن را به اپراتور مرکز کنترل و عامل رابط کاربر هشدار میدهد. با تمامی عاملها بصورت مستقیم در ارتباط است و قلب سیستم نامیده می شود.

شکل :2 معماری عا مل های مدیریت ناوگان

مشکل از طریق مقایسه جدول زمانی مسیر با زمان فعلی یا اطلاعاتی که از عامل های خارجی نظیر عامل اطلاعات ترافیکی یا مذاکره با دیگر مدیران مسیر، تشخیص می دهد و برای رفع این مشکل هم می تواند به اپراتورها از طریق مذاکره مستقیم پیش بینی راه حل و معرفی اتوبوسهای جایگزین کمک کند.

عامل کنترل مرکزی هم به عنوان رابط بین اپراتور و سیستم می باشد هنگامی که مشکلی از طرف مدیریت مسیر - LMA - گزارش می شود. از طریق این عامل به اپراتور اعلام می شود. همچنین در اینجا عاملهای مدیریت مسیر با اپراتور برای اتخاذ تدابیر لازم همکاری میکند این همکاری از سطح مذاکره بین مدیران مسیر تا سطح پیشبینی و پیشنهاد راه کارهای لازم به اپراتور، بر اساس درخواست اپراتور متفاوت است، اما در نهایت تصمیم گیرنده اصلی اپراتور است.
چعامل ارتباطات ناوگان اتوبوس هم با زیر ساختهایی که درسیستم همکاری میکنند مثل اتوبوس در ارتباط است. در زیرساختهای ناوگان اتوبوسرانی ممکن است اطلاعات ناهمگن از قبیل موقعیت یاب جغرافیایی - - GPS، پیام کوتاه دریافت شود که این اطلاعات برای بعضی عامل ها قابل فهم نباشد این اطلاعات ازطریق عامل داده به عامل های مربوطه معرفی میشود و سفارشات و تدابیر برنامهریزی شده برای کاهش و یا رفع اثر مشکل بوجود آمده، ازطریق عامل اجرا از عامل های ارتباطات ناوگان اتوبوس، به زیر ساخت مورد نظر ازطریق پیام کوتاه یا رادیو ابلاغ می شود.

عاملهای خارجی مسئول مدیریت ناوگان نیستند، اما می توانند در آن شرکت کنند و شامل عامل مدیریت سیستم برای رجیستر کردن عامل ها - - AMS، عامل - - DF برای انتشار سرویس های هر عامل و چندین عامل اطلاعات ترافیکی می باشد.