بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله یکی از راهکارهاي پیشبرد طرحهاي مربوط به شهر الکترونیک، با محوریت کنترل هوشمند ترافیک مورد بررسی قرار می گیرد. هدف در این مقاله ارائه ي یک روش سریع و ساده براي کنترل ترافیک با تنظیم زمان حرکت و توقف خودرو ها در مسیر مربوطه، بدون نیاز به حضور دائمی نیروهاي انسانی در محل، در یک چهارراه پرتردد، با توجه به داده هاي ترافیکی در ایران می باشد.
این مقاله که در مقابل سایر الگوریتم هايارائه شده داراي سادگی قابل توجهی می باشد، کاملاً با شرایط حاکم بر شهرهاي ایران منطبق می باشد و قابل پیاده سازیست. پیاده سازي این الگوریتم تحت FPGA از دیگر مزیت هاي این طرح می باشد. FPGA، نوعی پردازشگر بلادرنگ است که با ایجاد قابلیت پردازش موازي، براي بررسی مداوم شرایط ترافیکی و تصمیمگیري براساس داده هاي فیزیکی و الگوریتمی، بسیار مناسب می باشد. سرعت بالاي این پردازشگر از دیگر ویژگی هاي بارز آن است که تصمیم گیري بهینه را تسهیل می نماید.
-1 معرفی
با نگرش به روند پیشرفت شهرهاي کوچک و بزرگ در چند دههي اخیر، به وضوح می توان دریافت که رشد جمعیت و افزایش نیازهاي گوناگون میان افراد، گاهاً موجب بروز برخی مشکلات شده است.با ارزیابی و بررسی علل و تلاش در راستاي حل این مشکلات بسیاري از نیاز هاي مردم بدرستی شناخته و برطرف خواهند شد. یکی از بنیادي ترین مسائل پیش رو، مسئله کنترل و رفع مشکلات ترافیکی می باشد.
براي حل این قبیل مشکلات راهکارهایی همچون افزایش تعداد راههاي عبوري، کمربندي ها، وسیع نمودن راهها و افزایش علائم و چراغهاي راهنمایی وجود دارد [2]اما. مطمئناً شرایط فیزیکی شهرها اجازهي بکارگیري این راهکارها را به انسان نمیدهد. از طرفی به دلیل طاقت-فرسا بودن کنترل ترافیک به روشهاي سابق، اینگونه به نظر می رسد که اگر هوشمندسازي شهرها در دستور کار قرار گیرد، هوشمندسازي سیستم هاي ترافیکی سطح شهر، میبایست جزو ابتداییترین فعالیت-هاي انجام شده در این حیطه باشد.
در این بین، کنترل چراغهاي راهنمایی در چهارراههاي پرتردد شهرهاي بزرگ، مدتهاست که ذهن متفکران را به خود مشغول کرده و طرح هاي متعددي نیز ارائه گشته است. بارها در شهرهاي بزرگ ایران، مشاهده شده است که جهت رفع مشکلات ترافیکی چهارراهها، یک یا چند نفر - از پلیس راهنمایی - به صورت دستی کنترل چراغها را به دست می گیرند. این شیوه نه تنها موجب هدررفتن نیروي منابع انسانی می گردد، بلکه به دلیل بهینه نبودن تصمیمهاي اتخاذ شده، گاهاً موجب بروز بینظمی و آشفتگی نیز می گردد. لذا، بکارگیري روشهاي هوشمند و خودکار، بسیار مفید خواهند بود.
به طور عمده، روشهاي هوشمند در کنترل چراغهاي راهنمایی، به دو دسته تقسیم می شوند : - 1 - چراغ ها با زمان هاي ثابت، که نیاز به الگوریتم خاصی ندارند و گاهاً در حوزه ي کنترل هوشمند جاي نمی-گیرند. - 2 - سیستم هاي قابل تطبیق با بار ترافیکی .[3] که با الگوریتم هاي خاص پردازشی، شرایط ترافیکی چهارراه را در نظر می گیرد و با احتساب شرایطی همچون شب یا روز بودن، یا وقوع شرایط اضطراري و امثال آنها، زمان بهینه مربوط به زمان سبز و قرمز بودن چراغ ها را تعیین و به نمایشگر ارسال می نمایند.
در این مقاله سعی شده است که با در نظر داشتن رفتار ترافیکی یک چهارراه پرتردد شهر تهران، الگوریتمی مبتنی بر پیاده سازي تحت FPGA ارائه نماییم. در ادامه در بخش دوم، به شرح و بسط ویژگی-هاي فیزیکی و نحوهي هماهنگی میان اتومبیلها و چراغ هاي راهنمایی پرداخته میشود. بخش سوم شرح ریاضی و علمی الگوریتم ارائه شده را شامل خواهد شد. در بخش چهارم، مختصراً نحوه ي پیاده سازي تحت FPGA، شرح داده میشودنهایتاً. در بخش پنجم به مقایسه روش ارائه شده با سایر روش هاي موجود می پردازیم.
-2 توصیف شرایط
با توجه به شرایط ارزیابی شده در برخی چهارراههاي شهر تهران، به این نتیجه رسیده ایم که براي هر چهارراه می توان سه حالت در نظر گرفت: - 1 - حالت شبانه ، - 2 - حالت اضطراري، - 3 - حالت معمولی. حالت اول براي این منظور در نظر گرفته میشود که در هنگام شب که تردد خودروها به مراتب کاهش مییابد، چراغ راهنمایی با تشخیص این شرایط، زمان مربوط به توقف خودروها را کاهش و یا به صورت چشمک زن تبدیل نماید. به محض اینکه سیگنالی مبنی بر عبور وسیله نقلیه خاص - خودروهاي امدادي، سیاسی و... - که حاکی از وقوع حالت دوم است، دریافت گردد، حالت اضطراري فعال گشته و تا زمانی که رفع این شرایط بر مجموعهي کنترل، اثبات نگردد، مسیر عبور خودرو مزبور، سبز باقی می ماند.
حالت سوم، حالت عادي عبور و مرور طی یک شبانه روز میباشد. براي بهرهگیري از سیستم هوشمند در این حالت، ابتدا می بایست تعداد خودروهایی که در محدوده ي تحت پوشش چراغهاي راهنمایی قرار دارند، به تفکیک مسیرهاي قرارگیري و جهت حرکت، به فرماندهی مرکزي ارسال شود. سپس فرماندهی مرکزي با توجه به الگوریتم موجود و میزان ترافیک هر مسیر، زمان لازم و بهینه براي سبز یا قرمز بودن چراغ در مسیرهاي مختلف تعیین و دوباره به چراغ راهنمایی ارسال می گردد. با این شیوه، مسیرهاي پرترافیک، براي عدم شکلگیري ترافیک هاي طولانی مدت، زمان توقف کمتري را تجربه خواهند کرد و به طور کلی نوعی تعادل ترافیکی بین مسیر هاي پرتردد و کم تردد برقرار خواهد شد.
شکل 1، نحوه ي ارتباط چراغ هاي راهنمایی با فرماندهی مرکزي را نشان میدهد. فرماندهی مرکزي شامل یک CPU است که در این مقاله یک FPGA در نظر گرفته شده است. این CPU با توجه به اطلاعات دریافتی از چراغهاي راهنمایی محاسبات و دستورات لازم را بر اساس الگوریتم موجود، تدوین و تولید مینماید و دوباره جهت تنظیم زمان به چراغ راهنمایی ارسال مینماید . جهت تسهیل در فرآیندهاي نظارتی، برنامه ریزي مجدد و کنترل از راه دور، این سیستم می تواند، براحتی با مراکز راهنمایی و رانندگی نیز در ارتباط باشد. گفتنی است در صورت عدم نیاز به این ارتباط، سیستم به راحتی به صورت مستقل به فعالیت می پردازد.
شکل شماره 2، نحوه ارتباط میان اتومبیلها و چراغ هاي راهنمایی را نشان می دهد . به این صورت که هر خودرو سیگنالی حاوي اطلاعات یکتا - شامل یک کد به عنوان آدرس - و مسیر حرکت، براي چراغ هاي راهنمایی ارسال می کند - در شکل هر پیکان نشاندهنده سیگنال ارسالی از خودرو به چراغ می باشد - . با دریافت این سیگنال توسط چراغ، این خودرو به محوطه ي عبور از چهارراه وارد شده است و به عنوان یک خودرو متقاضی عبور به فرماندهی مرکزي ارسال، و در شمارش، محاسبه خواهد شد.
همانطور که از شکل 2 پیداست، مجموع تعداد خودروهاي مسیر 1 و 3 میزان تردد در یک جهت، و مسیر2 و 4 نیز تردد جهت دیگر را نشان می دهد. هرچند مجموع تعداد کل اتومبیلها میزان شلوغی چهارراه را معین می کند، اما باز هم نیاز به تفکیک هریک از جهات به وضوح احساس می گردد. فرایند شمارش خوردروهاي موجود در محوطه تحت پوشش، هر یک ثانیه یکبار به صورت بلادرنگ1 و موازي، و تغییرات، به فرماندهی مرکزي ارسال می گردد.
-3 تشریح الگوریتم
همانطور که گفته شد، رفتار هوشمند این سیستم در حالت معمولی - غیر از شب و حالت اضطراري - ، شروع به فعالیت می نماید. براي این منظور و جهت کارا بودن سیستم ارائه شده، نویسندگان، شخصاً به بررسی آماري و مشاهده مستقیم یکی از چهارراههاي پرتردد شهر تهران نموده و با احتساب شرایط فیزیکی خودرو ها و فیزیک کلی چهارراه، متغیرهاي جدول یک را تعریف نموده اند.
