شکل ۰‑۱- نمونهای از یک نمودار تابع زمان سفر (]۸[) ۹۰
فهرست جداول
جدول ۲‑۱- خلاصه مطالعات انجام شده در زمینه MNDP…………………………………….. 26
جدول ۲‑۱-مقایسه مطالعات ترکیبی در RNDP 36
جدول ۴‑۱- مسایل آزمایشی و مشخصات آنها ۵۸
جدول ۴‑۲- مقادیر پارامترهای الگوریتمهای HGA و BA 59
جدول ۴‑۳- ورودی های مساله ZY 60
جدول ۴‑۴- ورودی های مساله TX 62
جدول ۴‑۶- مقادیر خروجی شبکه TX 64
جدول ۴‑۸ – ورودی های مساله CG 66
جدول ۴‑۹- مقادیر خروجی شبکه CG 69
جدول ۴‑۱۱- ورودی های مساله SF 72
جدول ۴‑۱۳- مقادیر خروجی شبکه SF. 76
جدول ۴‑۱۵- خلاصه نتایج محاسباتی ۷۸
جدول ۴‑۱۸- میزان بهبودظرفیت ذخیره مسایل آزمون ۷۹
جدول ۰‑۱- تعدادی از توابع زمان سفر ]۹[ ۹۱
:مقدمه و کلیات تحقیق
در این فصل به جایگاه مساله مورد مطالعه در ادبیات، محدوده شمول مساله، تعاریف و تقسیم بندیها موجود در رابطه با مساله مورد مطالعه در این پایان نامه می پردازیم و چگونگی مدلسازی مساله را خلاصه تشریح می کنیم.
مقدمه
گسترش شهرنشینی در دهههای اخیر موجب شده است که شهرها و حومههای آنها به عنوان مهمترین مراکز سکونت و فعالیت انسان معاصر مطرح شوند. افزایش مستمر جمعیت شهرنشین در بسیاری از کشورها به موضوع چالش برانگیزی برای مسئولان دولتی تبدیل شده است. چرا که محدودیتهای موجود در سیستمهای حملونقل شهری از جمله محدودیت زمین، ظرفیت معابر و مسایلی از این دست مانع از توسعه آنها همگام با رشد جمعیت و در نتیجه رشد تقاضاهای سفر میشوند. تصمیمات برای سرمایه گذاری و بهبود سیستمهای حملونقل شهری باید با در نظر گرفتن مسایلی چون منابع مالی موجود، تاثیرات تصمیمات در بهبود ازدحام خودروها در معابر و مسایلی از این دست صورت گیرند.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))
در همین راستا، دستهای از مطالعات بهینهسازی به طراحی و بهبود شبکه های حملونقل شهری می پردازد. شبکه های حملونقل شهری شامل زیرمجموعههایی چون شبکه معابر شهری و شبکه های حملونقل عمومی هستند که تصمیمات طراحی در آنها را میتوان در قالب سلسله مراتبی از تصمیمهای بلندمدت، میانمدت و کوتاهمدت تقسیم بندی کرد. تصمیمات بلندمدت بیشتر به توسعه زیرساختها و توپولوژی شبکه ها اختصاص دارند. ساخت معابر جدید، توسعه ظرفیت معابر موجود، طراحی مسیرهای عبور و مرور شبکه حملونقل عمومی مثالهایی از این تصمیمات هستند. تصمیمات میانمدت به نحوه بهره گیری از منابع فعلی می پردازد، مانند جهتدهی به معابر و تخصیص خطها در دو جهت معابر دوطرفه. نهایتاً تصمیمات کوتاهمدتی چون تنظیم چراغهای راهنمایی، تنظیم عملیات روزمره را شامل میشوند.مسایل طراحی شبکه حملونقل شهری، با رویکرد نظریه بازیها مدلسازی میشوند. به جهت نوع مساله، دو گروه بازیگر وجود دارند. گروه اول مسئولان دولتی و تصمیم گیران هستند که نقش رهبر را ایفا می کنند و گروه دوم کاربران شبکه هستند که به تناسب تصمیمات اخذ شده برای شبکه توسط مسئولان، به انتخاب مسیر در شبکه میپردازند که نتیجه آن تغییر در الگوهای جریانهای ترافیکی در سطح معابر شهر است. این رویکرد مدل سازی منجر به توسعه مدلهای ریاضی دوسطحی برای این مسایل می شود که نا محدب هستند و حل آنها به طور ذاتی NP-سخت است.
جهتدهی به معابر یا تصمیم گیری برای یک طرفه یا دوطرفه کردن آنها، از جمله تصمیماتی است که میتوان ادعا کرد که به جهت نوع اثرات آن در شبکه حملونقل شهری، باید با دقت و حساسیت بیشتری مورد توجه قرار گیرد. چنانچه در مطالعات اشاره شد، یک طرفه کردن معابر در عین حال که منجر به افزایش ظرفیت ۱۰ تا ۲۰ درصدی ظرفیت جریان ترافیکی در آنها شود، می تواند موجب افزایش مسافتهای طی شده توسط بخشی از کاربران، افزایش ازدحام در بخش دیگری از شبکه و مواردی از این قبیل شود. با عنایت به توضیحات بالا، اهمیت استفاده از مدلهای تصمیم گیری که تاثیرات تغییر جهات در معابر را بر روی الگوهای جریان ترافیکی و در نتیجه عملکرد شبکه در سطح کلان در نظر بگیرند، آشکار می شود.
تصمیم یک طرفه کردن معابر می تواند به طور همزمان با سایر تصمیمات طراحی شبکه معابر شهری همچون افزایش ظرفیت معابر موجود، ساخت معابر جدید ، تخصیص نامتقارن خطها در چگونگی جهت معابر دوطرفه و تنظیم چراغ راهنما در تقاطعها منظور شود. در این صورت، علاوه بر ایجاد همافزایی در بهبودهای ایجاد شده در ظرفیت ترافیکی شبکه، این احتمال وجود دارد که هزینه های مورد نیاز برای سرمایهگذری را، نسبت به وضعیتی که هر یک از تصمیمات جداگانه مطرح شود، کاهش دهد.
تقاطعهای کنترلی(دارای چراغ راهنما) یکی از اجزای اصلی شبکه های حمل ونقل جادهای هستند که جریان وسایل نقلیه در سطح شهر را تنظیم و تعدیل می کنند. جریانهای ترافیکی در تقاطعهای کنترلی باعث ایجاد تاخیر در وسایل نقلیه می شوند. اگرچه چراغ راهنما از حرکت دایمی وسایل نقلیه در تقاطعها جلوگیری میکند، ولی به طور کلی در صورت محاسبه صحیح زمان بندی آن متوسط تاخیر وسایل نقلیه از زمانی که تقاطع بدون چراغ راهنماست، کمتر است. افزایش تاخیر در تقاطعها باعث افزایش زمان سفر کاربران، افزایش آلودگیهای محیطی وصوتی و کاهش قابلیت اطمینان شبکه می شود. بنابراین، باید به تقاطعها و بهینهسازی آنها از در مسایل توجه داشت.
در همین راستا، مساله مطرح شده در این پایان نامه موضوع کلی مورد بحث در سطوح بالا را در بر میگیرند. مساله مورد بررسی، اختصاص به ترکیب تصمیم جهتدهی معابر با سایر تصمیمات مربوط به شبکه معابر شهری دارد که شرح آن در سطور بالا آمد. با توجه به ویژگیهای NP-سخت بودن و نامحدب بودن مدلهای دوسطحی، برای حل مسایل در این پایان نامه از روشهای بالا ابتکاری استفاده می شود.
با توجه با توضیحات بالا، در فصل اول به تعارف اولیه و تعیین محدوده مساله مورد بررسی میپردازیم. فصل دوم شامل مروری بر ادبیات و پیشینه تحقیق است. در فصل سوم با تعریف متغیرها، پارامترها و مفروضات مساله، مدل ریاضی برای مساله و روش حل مدل ارائه می شوند. دستهای مسایل نمونه برگرفته از مقالات مرتبط با اندازه های مختلف با روش حل پیشنهادی حل می شوند و نتایج محاسباتی در فصل چهارم ارائه می شوند. در نهایت، به جمعبندی مطالب و ارائه پیشنهادها برای تحقیقات آتی در فصل پنجم می پردازیم.
سیستم حمل ونقل
یک سیستم حملونقل[۱] را میتوان به صورت مجموعه ای از تسهیلات ثابت[۲]، نهادهای جریان[۳] و یک سیستم کنترلی[۴] تعریف نمود که به مسافران و کالا امکان میدهد بر محدودیتهای جفرافیایی غلبه و به موقع در فعالیتهای مورد نظر شرکت کنند]۱[. در واقع، یک سیستم حملونقل شامل مجموعه ای از اجزاء است که امکان جابه جایی انسان و کالا را از مکانی به مکان دیگر فراهم می کند. تسهیلات ثابت، اجزای فیزیکی سیستم حملونقل هستند که در یک مکان ثابت واقع می شوند و شامل یالهای شبکه[۵] (مانند جادهها، ریلها و لولهها) و گرههای[۶] (مانند تقاطعها، پایانه ها، بنادر و فرودگاهها) سیستم هستند. طراحی این تسهیلات شامل مسایلی چون مهندسی خاک و پی، طراحی سازه، طراحی شبکه های آبیاری و طراحی هندسی می شود. نهادههای جریان، واحدهایی هستند که از تسهیلات ثابت عبور می کنند. این نهادهها میتوانند وسایل نقلیه، واحدهای کانتینر، واگنهای قطار و غیره باشند، مثلاً در مورد سیستم بزرگراهها، تسهیلات ثابت برای انواع وسایل نقلیه اعم از دوچرخه و یدککشهای بزرگ قابل استفاده هستند. سیستم کنترلی شامل کنترل جریان[۷] و کنترل وسیله نقلیه[۸] می شود. کنترل وسایل نقلیه به روشهایی اطلاق می شود که وسایل نقلیه را در سیستم حملونقل هدایت می کنند که این هدایت می تواند دستی یا خودکار باشد. به طور مثال، در مورد هدایت خودروها در بزرگراهها، عامل انسانی و رفتار انسان به عنوان سیستم کنترلی وسیله نقلیه عمل می کند. سیستمهای کنترل جریان شامل ابزارهایی هستند که جریان روان حرکت وسایل نقلیه را ضمن کاهش ازدحام در سیستم حملونقل، فراهم می کنند. این سیستمها میتوانند شامل انواع علامتگذاریها در طول مسیرهای حملونقل، چراغهای راهنمایی و مقررات وضع شده برای حرکت در مسیرها باشند.شکل ۱-۱ تقسیم بندی اجزای سیستمهای حملونقل را نمایش میدهد.
سیستمهای حملونقل
تسهیلات ثابت
نهادههای جریان
سیستم کنترلی
یالهای شبکه
گرههای شبکه
کنترل وسیله نقلیه
کنترل جریان
شکل ۱‑۱ اجزای سیستمهای حملونقل
تقسیم بندی سیستم های حمل ونقل
طبق آنچه در ادبیات برنامه ریزی حملونقل مطرح می شود، سیستمهای حملونقل را میتوان از جهات گوناگون طبقه بندی کرد. تقسیم بندی سیستمهای حملونقل از نظر روش حمل مورد استفاده، یکی از مهمترین تقسیم بندیهای موجود در ادبیات است. محدوده مورد بررسی در این پایان نامه، روش “حمل جادهای” (منظور جادهها، بزرگراهها و خیابانها) است. نوع دیگر تقسیم بندی را میتوان بر اساس محدوده جغرافیایی وقوع فعالیتهای حملونقل انجام داد. سیستمهای حملونقل مورد بررسی در این پایان نامه “محدوده درون شهری” را در برمیگیرند. بخش اعظم حملونقل شهری[۹] به جابه جایی مسافر اختصاص دارد و مهمترین روش حمل مورد استفاده در شهرها، حملونقل زمینی است. حملونقل زمینی در شهرها در قالب حملونقل شخصی (خودروها و موتورسیکلتهای شخصی و پیادهروی) و خدمات حملونقل عمومی از طریق اتوبوسهای شهری در بزرگراهها و مترو و سایر انواع قطارها در راهآهن درون شهری انجام می شود.
شبکه های حملونقل شهری در واقع متشکل از شبکه معابر شهری و شبکه حملونقل عمومی هستند که مانند شبکه اتوبوس و تراموا در شبکه معابر و مانند شبکه مترو یا مجزای از معابر تعریف میشوند.
طراحی شبکههای حملونقل شهری و تقسیمبندیهای مربوط
در رابطه با عبارت مساله طراحی شبکه های حملونقل شهری و تعاریف آن برداشت واحد و یکسانی وجود ندارد و معمولاً عناوینی چون Urban Road Network Design Problem، Transportation Network Design Problem و یا به طور عمومی Network Design Problem و مشابه اینها برای اطلاق مساله به کار میروند. اما در اغلب مراجع عبارت آخر یا مخفف آن NDP به کار میرود. تعاریف ارائه شده برای مساله را میتوان به سه گروه تقسیم کرد.
-
- تعریف “الف”]۳[: طراحی شبکه حملونقل در برگیرنده سلسله مراتب کاملی از فرایندهای تصمیم گیری مطرح در مسایل حملونقل است و در سه سطح استراتژیک، میانمدت و کوتاهمدت قابل طرح است. این تعریف طیف وسیعی از مسایل مطرح در برنامه ریزی حملونقل را تحت این عنوان دربر می گیرد. از جمله انتخاب یالها، جهتدهی به خیابانها، مکان یابی، زمانبندی چراغهای راهنمایی و مواردی از این قبیل. این تعریف در یکی از مطرحترین و پرارجاعترین مراجع مرتبط با طراحی شبکه های حملونقل آمده است.
-
- تعریف “ب” ]۴[: طراحی شبکه عبارتست از انتخاب بهینه تسهیلات برای افزودن به یک شبکه حملونقل یا تعیین میزان بهینه بهبود ظرفیت در تسهیلات موجود شبکه حملونقل. تسهیلات میتوانند گرهها یا یالهای شبکه باشند. با این تعریف، مساله انتخاب یالهای شبکه و مکان یابی تسهیلات در شبکه، جزو مسایل مرتبط با طراحی شبکه قرار میگیرند.
-
- تعریف “ج”(]۵[و]۶[و بسیاری از مراجع مرتبط): طراحی شبکه عبارتست از تصمیم گیری در مورد انتخاب یالهای جدید برای افزودن به شبکه و یا توسعه ظرفیت یالهای موجود. این تعریف تقریباً در همه مطالعاتی که تنها حل مساله بالا را مد نظر قرار دادهاند ارائه شده و به عبارتی در ادبیات این دست مسایل کاملاً معمول است.
به منظور ایجاد قابلیت بیان و تقسیم بندی محورهای مورد مطالعه در پیشنهاد پایان نامه زیر یک چتر واحد، در این پایان نامه تعریف “الف” مد نظر قرار گرفته و ادبیات موضوع در قالب این تقسیم بندی معرفی و بررسی شده است. قابل ذکر است که تعریف “الف” خود به نوعی دربرگیرنده تعریف “ب” نیز هست. بر اساس تعریف انتخاب شده، میتوان انواع تصمیمات قابل اخذ در زمینه طراحی شبکه های حملونقل شهری را بر اساس سلسله مراتب تصمیم گیریها به صورت زیر تقسیم بندی کرد.