دانشگاه شمال

دانشکده فنی و مهندسی

پایان نامه جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد

رشته عمران – برنامه ریزی حمل و نقل

عنوان پایان نامه:

مطالعه رفتار تصادفی ظرفیت عملی بزرگراه وتاثیر آن در کنترل رمپ

استاد راهنما:

دکتر سعید حسامی

استاد مشاور:

مهندس رضا بهزاد

بهمن 92

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی گردد
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود می باشد)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)
چکیده
 
کنترل رمپ، یکی از موثرترین استراتژی‌های مدیریت بزرگراه می باشد و مزایای زیادی در مورد هایی مانند افزایش خروجی در گلوگاه‌ها، کاهش زمان سفر، تعداد تصادفات و … ایجاد کرده می باشد. کنترل رمپ شامل دو محدودیت درحال رقابت با هم می باشد: ظرفیت بزرگراه و صف رمپ. اجرا و ارزیابی کنترل رمپ نشان می‌دهد که این دو محدودیت با در نظر داشتن فرض نادرست ثابت بودن ظرفیت و برآورد نادرست طول صف نمی‌توانند موفق اقدام کنند. در این پایان نامه، دو روش بهبود یافته برای برطرف کردن این معضلات در بحث ظرفیت پیشنهاد شده می باشد. روش اول، برآوردی می باشد از ظرفیت لحظه­ای که برای پرداختن به کاستی­های ظرفیت که به گونه ثابت در نظر گرفته شده می باشد، مناسب می باشد. هنگامی که تراکم شروع می­گردد، بهره گیری از ظرفیت عملی متغیر با زمان توصیه شده می باشد. این موضوع با روش میانگین متحرک بر اساس ترافیک لحظه‌ای محاسبه شده می باشد. روش ترکیبی روی استراتژی کنترل ناحیه طبقه بندی شده[1] از طریق نرم افزار شبیه‌سازی میکروسکوپیک  AIMSUNمورد آزمایش قرار گرفت. روش دوم یک استراتژی پیشنهادی برای کنترل رمپ، با محدود کردن احتمال می باشد. این موضوع آغاز با مطالعه تابع چگالی احتمال برای ظرفیت در شرایط متفاوت جریان در طول دوره انجام گردید. مطالعه‌ها نشان داد که توزیع ظرفیت لحظه­ای در محدوده­ی سطح اشغال و تراکم به صورت توزیع احتمال نرمال می باشد. در این روش، مقدار ظرفیت بر اساس شرایط لحظه‌ای ترافیک و احتمال قابل قبول در سطح ریسک تعیین شده به صورت پویا تغییر می­کند. جهت ارزیابی بهره­وری محدودیت ظرفیت تصادفی پویا، یک متدلوژی برای الگوریتم  ZONEبه کار گرفته گردید و از طریق شبیه‌سازی میکروسکوپیک مورد آزمایش قرار گرفت.
 
کلمات کلیدی: ظرفیت عملی بزرگراه، کنترل رمپ، محدودیت احتمال، رفتار تصادفی
 
فهرست مطالب
 
1 کلیات پژوهش ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….1
1-1 مقدمه 2
1-2 تبیین مسئله 3
1-3 اهداف پژوهش 5
1-4 سابقه پژوهش و اهمیت پژوهش 5
1-5 فرضیه‌های پژوهش 6
1-6 روش انجام پژوهش 7
1-7 مراحل پژوهش 7
1-8 دامنه کاربرد 8
2 پیش زمینه و مروری بر تحقیقات گذشته ……………………………………………………………………………………………….. 9
2-1 مقدمه 10
2-2 بهبود در برآورد ظرفیت بزرگراه 10
2-2-1 برآورد ظرفیت لحظه‌ای 12
2-2-2 برآورد جریان ترافیک کوتاه مدت 14
2-3 الگوریتم‌های کنترل رمپ 15
2-3-1 الگوریتم  ALINEA 17
2-3-2 الگوریتم  Bottleneck 18
 
3 مبانی و اصول و متدولوژی …………………………………………………………………………………………………………………………… 21
3-1 استراتژی‌های کنترل رمپ بهره گیری شده در پژوهش 22
3-1-1 الگوریتم ZONE 22
3-1-2 استراتژی کنترل Zone طبقه بندی شده (SZM) 24
3-1-3 ارزیابی مقدماتی 27
3-2 برآورد ظرفیت لحظه‌ای 27
3-2-1 برآورد ظرفیت نظری بزرگراه‌ها 28
3-2-1-1 روش جدید HCM برای تعیین ظرفیت یا حداکثر تردد سرویس در بزرگراه‌های چند خطه 29
3-2-1-2 طبیعت تصادفی 31
3-2-1-3 بسته نرم افزار R 32
3-2-2 برآورد ظرفیت عملی 33
3-2-2-1روش میانگین متحرک 34
3-3 کنترل رمپ با محدودیت احتمال 36
3-3-1 مدل خطی جبری برای کنترل رمپ 36
3-3-2 برنامه‌ریزی احتمال محدود شده رفتار تصادفی 38
3-4 معرفی محور مورد مطالعه 40
4 روش پیشنهادی در برآورد ظرفیت بزرگراه (مطالعه موردی: بزرگراه نیایش)………………………..42
4-1 مقدمه 43
4-2 روش اول: برآورد ظرفیت لحظه‌ای 44
4-2-1 تاریخ‌های آزمایش 44
4-2-2 روش پیشنهادی 45
4-2-2-1 برآورد ظرفیت نظری 47
4-2-2-2 برآورد ظرفیت عملی 52
4-2-2-3  اشغال بحرانی 55
4-2-3 آزمایش و نتایج 56
4-2-3-1 فرایند کالیبراسیون 56
4-2-3-2 پویایی ظرفیت متغیر با زمان 58
4-2-4 بهبود عملکرد 59
4-3 روش دوم: کنترل رمپ با محدودیت احتمال 62
4-3-1 رفتار تصادفی ظرفیت بزرگراه تحت شرایط متفاوت جریان 62
4-3-1-1 محل آزمایش 63
4-3-1-2 روز آزمایش 63
4-3-1-3 جمع آوری داده‌ها 64
4-3-1-4 برازش توزیع نرمال 67
4-3-1-5 معنای توزیع ظرفیت تصادفی آزادراه 69
4-3-2 الگوریتم ZONE در بزرگراه نیایش با در نظر گرفتن محدودیت احتمال 72
4-3-2-1 الگوریتم ZONE با در نظر گرفتن محدودیت احتمال 72
4-3-2-2 آزمایش شبیه سازی 75
4-3-2-3 فرایند معتبرسازی 75
4-3-2-4 نتایج آزمایش 76
5 نتایج و پیشنهادات ……………………………………………………………………………………………………………………………………………80
5-1 نتایج 81
5-2 پیشنهادات 83
6 مراجع 85
چکیده انگلیسی……………………………………. 92
 
 
 
 
 
فهرست جداول
 
جدول ‏4‑1: درصد خطای مطلق میانگین (MAPE) برای 40 ایستگاه 55
جدول ‏4‑2: مقایسه کنترل SZM اصلی و SZM بهبود یافته (ساعت 13 الی 16) 61
جدول ‏4‑3: سطح سرویس (HCM، 2000) 65
جدول ‏4‑4: دسته بندی اشغال 65
جدول ‏4‑5: داده‌های آماری برای دو گلوگاه 68
جدول ‏4‑6: تغییرات MOEs بر حسب درصد (کنترل Zone با محدودیت احتمال در مقایسه با کنترل Zone) 78
 
 
 
 
 
فهرست اشکال
 
شکل ‏3‑1: ترتیب داده‌های جدید  ثانیه‌ای جریان ترافیک در بازه زمانی t 35
شکل ‏3‑2: اجزای کنترل رمپ در بزرگراه 36
شکل ‏4‑1: دو محدوده‌ی مورد مطالعه در بزرگراه نیایش 45
شکل ‏4‑2: مشاهدات در دو ایستگاه مطالعه شده از دومحدوده‌ی بزرگراه نیایش 46
شکل ‏4‑3: مقادیر ظرفیت اندازه‌گیری شده در دو ایستگاه مطالعه شده در دو محدوده‌ی بزرگراه نیایش 48
شکل ‏4‑4: میانه و میانگین داده‌های ظرفیت 49
شکل ‏4‑5: چولگی و کشیدگی داده‌های ظرفیت 50
شکل ‏4‑6: نمودار هیستوگرام داده‌های ظرفیت 50
شکل ‏4‑7: نمودار Q-Q نرمال داده‌های ظرفیت 51
شکل ‏4‑8: تست نرمال بودن P-Value برای داده‌های ظرفیت 51
شکل ‏4‑9: صدک 95 برای دو محدوده‌ی تحت مطالعه 52
شکل ‏4‑10: ترتیب داده‌های جدید  ثانیه‌ای جریان ترافیک در بازه زمانی t 53
شکل ‏4‑11: پویایی ظرفیت متغییر با زمان 59
شکل ‏4‑12: موقعیت دو گلوگاه 62
شکل ‏4‑13: زون بندی در بزرگراه نیایش 63
شکل ‏4‑14: ارتباط‌ی جریان- اشغال به مدت دو روز 66
شکل ‏4‑15 : نمودار هیستوگرام و نمودار Q-Q نرمال در محدوده‌ی اشغال 0~15% 69
شکل ‏4‑16: نمودار هیستوگرام و نمودار Q-Q نرمال در محدوده‌ی اشغال 40~30% 69
شکل ‏4‑17: احتمال تجمعی ظرفیت (محدوده اشغال: 0~15%) 71
شکل ‏4‑18: ظرفیت بر حسب درصد در دو گلوگاه با بهره گیری از روش کنترل Zone اصلی 77
شکل ‏4‑19: تصویری از AIMSUN هنگام تحلیل 79
 
 
 
 
 
فصل اول
کلیات پژوهش
 
 

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   پایان نامه ارشد: بررسی انتقال آب به روش پمپاژ از سرشاخه های رودخانه باستفاده از نرم افزارمتلب

    1-1 مقدمه

رشد جمعیت و اشتغال، با اتکای بر خودرو و سیستم‌های بزرگراهی به عنوان ابزار اصلی تحرک شهری همراه شده می باشد، این موضوع مسئولیت عظیمی در بخش زیرساخت های حمل و نقل وارد کرده می باشد. با در نظر داشتن توسعه شهری، عدم دسترسی راه‌ها و محدودیت‌های زیست محیطی، اضافه کردن خطوط بیشتر و یا ساخت بزرگراه اضافی راه حل‌هایی بلند مدت نیستند. در عوض، استراتژی‌های مدیریت موثر در بزرگراه در حال توسعه برای به حداکثر رساندن بهره گیری از زیرساخت‌های موجود ترجیح داده می گردد.
 
رمپ می‌تواند به عنوان اتصال بین دو تسهیلات بزرگراه تعریف گردد که شامل مقطعی از راه با طول کافی می باشد تا ایمنی پیوستن وسایل نقلیه از رمپ ورودی به مسیر اصلی را تضمین نماید. با افزایش تقاضای وسایل نقلیه در رمپ ورودی، موقعیت‌های نامعینی برای پیوستن به بزرگراه شلوغ به وجودمی‌آید. برای کنترل تقاضای اضافه شده به رمپ ورودی، چندین استراتژی کنترل رمپ[2] با محدود کردن تعداد وسایل وارد شده به جریان اصلی توسعه یافته‌اند. کنترل رمپ، یکی از موثرترین استراتژی های مدیریت بزرگراه، به مدت طولانی بوده که قادر به تولید مزایای زیادی برای عموم خواهد بود. مورد هایی از قبیل افزایش اندازه خروجی[3] در گلوگاه‌[4]ها، کاهش زمان سفر، بهبود قابلیت اطمینان زمان سفر و کاهش تعداد تصادفات و همچنین انتشار آلودگی وسایل نقلیه )2001 (Cambridge Systmatics,. در این روش کنتورهای رمپ به صورت علائم ترافیکی کنترل کننده که بر روی رمپ‌های ورودی آزادراه‌ها و بزرگراه‌ها نصب می شوند، اندازه خودروهایی که به خط اصلی وارد می شوند را کنترل می‌نمایند. به طوری که اندازه جریان پایین دست افزایش نیابد. بدین وسیله انتقال حداکثر جریان ترافیک با سرعت یکنواخت امکان پذیر می باشد.کنترل رمپ‌ها در تخلیه ترافیک در یک نرخ اندازه‌گیری شده بر اساس شرایط لحظه‌ای[5] ترافیک تأثیر دارند، در نتیجه به خاطر اجتناب از نقض توازن حساس تقاضا- ظرفیت[6] در مسیر راه اصلی[7] جریان ترافیک آرام ادامه می‌یابد. از سوی دیگر، کنترل رمپ‌ها ترافیک رمپ را با بهره گیری از شکستن دسته[8]‌های ورودی وسایل نقلیه به مقصود کاهش اغتشاش در نواحی همگرا تنظیم می‌کنند. در نتیجه تصادفات برخورد از پهلو و عقب که ناشی از محدودیت دسترسی رمپ هستند کاهش می‌یابند. با این حال، کنترل رمپ‌ها پتانسیل ایجاد صف‌های طولانی را دارند که ممکن می باشد موجب انسداد[9] جریان از رمپ بالادست و اغتشاش در عملکرد سطح خیابان گردد.
 

1-2 تبیین مسئله

 
یک استراتژی کنترل رمپ موثر و موفق به گونه کلی روابط بین جریان خط اصلی و زمان انتظار وسیله نقلیه و صف در ورودی رمپ‌ها را بهبود بخشیده و متعادل می‌سازد. پس، دو محدودیت در تعارض کنترل رمپ عبارتند از: ظرفیت بزرگراه و صف رمپ. یک نمونه استراتژی اجرا شده کنونی، کنترل ناحیه طبقه بندی شده یا (SZM) می‌باشد. در این استراتژی، محدودیت‌ ظرفیت مطالعه شده می باشد. در نظر گرفتن این محدودیت‌، از یک سو، تعادل بین ظرفیت تقاضا را در بزرگراه حفظ می کند؛ از سوی دیگر، تاخیر حداکثر رمپ تحت شرایط مرزی از پیش تعیین شده را در بیشترین حد ممکن نگه می‌دارد.
 
با این حال، پیاده سازی و ارزیابی استراتژی‌های کنترل رمپ نشان می‌دهد که این محدودیت به علت های زیر نمی‌تواند رضایت بخش اقدام کند. اول اینکه، فرض بر اینست ظرفیت بزرگراه ثابت و مقداری از پیش تعیین شده می باشد. ظرفیت ثابت برای بعضی از برنامه‌های کاربردی مانند طراحی و برنامه‌ریزی بزرگراه کافی می باشد، اما برای عملکرد لحظه‌ای بزرگراه مانند کنترل رمپ مناسب نیست. مقدار ظرفیت ثابت اغلب بزرگتر از مقدار ظرفیت موجود در شرایط حاکم می باشد. این موضوع منجر به تراکم[10] بالا در بزرگراه‌ها خواهد گردید که به دلیل آزاد سازی بیش از حد وسایل نقلیه از رمپ ها به وجود خواهد آمد. از طرفی دیگر، مقدار ظرفیت ثابت کمتر از مقدار واقعی منجر به ایجاد صف‌های طولانی در رمپ خواهد گردید. دوم اینکه، روش دقیق برای تخمین طول صف در رمپ وجود ندارد. معمولا یک معادله رگرسیون واحد که از پیش کالیبره شده به مقصود برآورد طول صف در تمام رمپ ها بهره گیری می گردد. این یک مورد برای استراتژی SZM فعلی می باشد. ارزیابی دقیق (Liu و همکاران، 2007) نشان می‌دهد که گاهی اوقات مدل برآورد طول صف مقداری کم‌تر از مقدار واقعی را نشان می‌دهد که این موضوع منجر به افزایش زمان انتظار[11] خواهد گردید. در رمپ‌های دیگر نیز که طول صف بالاتر از واقعیت در نظر گرفته میشود، نتیجه آن آزاد سازی[12] بیشتر وسایل نقلیه در راه اصلی و تسریع در شروع تراکم خواهد بود.
 
در این پایان نامه، دو پتانسیل ارتقا دهنده برای مقابله با معضلات مطرح شده پیشنهاد شده می باشد. پیشنهادها بر اساس طراحی بهبود یافته برای روش برآورد ظرفیت بزرگراه می باشد که ظرفیت را به صورت متغیر بر اساس شرایط حاکم بزرگراه محاسبه می کند، به ویژه هنگامی که یک مقطع متراکم می گردد. در روش اول، یک روش ساده برای برآورد ظرفیت لحظه‌ای ارائه شده که به گونه کلی برای کنترل لحظه‌ای و برنامه‌های مربوط به رسیدگی به کاستی‌های متداول به دلیل ثابت فرض شدن ظرفیت مناسب می باشد. در روش دوم، بر اساس این یافته‌ها که ظرفیت لحظه‌ای برای یک طیف گسترده از سطح اشغال[13] و تراکم از توزیع نرمال[14] تبعیت می کند، یک استراتژی کنترل رمپ جدید با محدودیت احتمال[15] پیشنهاد شده می باشد، که در آن مقدار ظرفیت بسته به شرایط ترافیک لحظه‌ای به صورت پویا تغییر می کند و در نهایت احتمال قابل قبول از سطح ریسک تعیین شده[16] ارائه شده می باشد. یک راه حل برای این نوع از برنامه‌های محدودیت احتمال به گونه کلی می باشد و بایستی برای برنامه‌های کنترل مختلف نیز قابل اجرا باشد. این روش‌ها در استراتژی منطقه (ZONE) و SZM اجرا و از طریق شبیه‌سازی میکروسکوپیک ارزیابی شده می باشد.
[1]– Stratified Zone Metering (SZM)
[2]– Ramp Metering Strategy
[3]– Throughput
[4]– Bottleneck
[5]– Real Time
[6]– Demand-Capacity
[7]– Mainline
[8]– Platoon
[9]– Spill Back
[10]– Congestion
[11]– Wait Time
[12]– Releasing
[13]– Occupancy
[14]– Normal Distribution
[15]– Chance Constrained
[16]– Acceptable Probability of Risk Determined
تعداد صفحه : 113
قیمت : 14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می گردد.

پشتیبانی سایت :        ****       [email protected]

دسته‌ها: عمران