دانلود پایان نامه

دارد.

2

فصل اول

کلیـات

3

فصل اول: کلیات

(1-1 هدف

امروزه با افزایش سریع کلان شهرها، افزایش تعداد خودروهـا، افـزایش بهـای سـوخت، مـساله محـیط زیست، استفاده مفید از ظرفیت جادههای موجود و…، اهمیت داشتن مدیریت ترافیک موثر و کارآمد بر کـسی پوشیده نیست.

در گذشته طراحان ترافیک تنها به نحوه حرکت وسایل نقلیه، به طـوری کـه در تقاطعهـا تـصادفی رخ ندهد، به عنوان مساله اصلی در مدیریت ترافیک توجه داشتند. امروزه مسائل عمده دیگـری نیـز مـورد توجـه میباشد که از جمله میتوان به کاهش تاخیر، کاهش توقفات، کاهش مصرف سـوخت، کـاهش طـول صـفهای پشت چراغ قرمز، حذف اثرات نویز، افزایش توجه به مسائل عابران پیاده وحرکت وسایل نقلیه سـنگین، اشـاره نمود. تاکنون روشهای کنترل ترافیک بیشتر مبتنی بر روشهای کنترلی کلاسیک بوده است. در این روشـها بـا استفاده از روشهای آماری و منحنیهای به دست آمده تجربی و نهایتا با تخمین برخی از متغیرهای مـوثر بـر ترافیک سعی بر آن است که پارامترهای مورد نظر درآن سطح خـاص کنترلـی، بـه گونـهای مطلـوب تنظـیم شود.[4]

تاکنون در جهت رفع این نیاز سیستمهای کنترل ترافیک متعددی توسط مراکز حمل ونقل کشورهای مختلف توسعه یافتهاند که تا حدی پاسخگوی نیازهای موجود بوده است. البته این حد پاسخگویی سیستمهای کلاسیک در ازای پیچیدگیهای بالای ساختار (شامل بخشهای کنترل، مخابرات و کامپیوتر) و هچنین حجـم بالای هزینههای پیاده سازی، (به علت تجهیزات به کار رفته) و نگهداری به دست آمدهاند. از دیدگاه کنترلـی، سیستمهای کلاسیک موجود از الگوریتمهای مختلف برنامه ریزی ریاضی (از جمله الگوریتمهای برنامـه ریـزی خطی صحیح و الگوریتمهای برنامه ریزی دینامیکی) استفاده میکنند که خود معمولا مشکلات متعددی مانند حجم بالای محاسباتی و مشکل پیادهسازی را به دنبال دارند. همچنین از جمله نواقص مطرح شده در کنتـرل سنتی ترافیک میتوان به مسائلی همچون برخورداری از سطح پایین هوشمندی در مواجه بـا شـرایط پیچیـده ترافیکی، عدم مدلسازی مناسب و واقع بینانه از ابهامات موجود در بحث کنتـرل ترافیـک (تعیـین پارامترهـا و مدلسازی رفتار رانندگان و عابران پیاده)، عدم وجود ویژگی خود سازماندهی، در طراحی استراتژیهای ترافیک، غیر قابل پیش بینی بودن شرایط ترافیکی حتی برای چند لحظه آینده و عدم دسترسی به جزئیات ایجاد شده مانند تعیین نوع خودرو و یا تغییرات سرعت آنها، اشاره نمود.

سیستمهای مورد بررسی در کنترل ترافیک میتوانند شامل موارد زیر باشد :[5]

-1 کنترل تقاطع ایزوله: کنترل جریان ترافیک تقاطع مجهز به چراغ بـدون در نظـر گـرفتن تـاثیر جریانهـای ترافیکی تقاطهای مجاور. .(isolated intersection control)

-2 کنترل تقاطعهای شریانی با شبکه باز: کنترل تعدادی تقاطع مجهز به چراغ وابسته به یکدیگر در طول یک شریان اصلی که وضعیت ترافیکی هریک بر تقاطع مجاور تاثیر دارد. (arterial intersection control)

-3 کنترل گسسته: کنترل روی تمام تقاطعهای مجهز به چراغ درکل شبکه شهری و یا بخشی از آن.

(areawide system control)

4

-4 کنترل ترافیک بزرگراه: کنترل روی جریان مسیرهای ورودی و مسیرهای خروجی با هدف کنترل ترافیـک روان در مسیر اصلی. (expressway control)

-5 کنترل عابران پیاده: کنترل عبور پیاده از خیابان با هدف تامین امنیت و کاهش زمان انتظـار.( pedestrian (control

اصولا سه نوع روش کنترلی برای تقاطعها مورد استفاده میباشد:

-1 کنترل زمان ثابت (fixed-time) :در این روش کنترلی، زمان تغییر چراغها از پیش تعیین شده و هیچگونه انعطافی در برابر شرایط ایجاد شده مانند وقوع تصادفات، ایجاد شـرایط خـاص مثـل تعطیلـی مـدارس، عبـور آمبولانس و… ندارد.

-2 کنترل از پیش زمانبندی شده : (pre-time control) در این نوع کنترل بر اساس الگوهای متعددی که از وضعیت یک خیابان به دست آمده است، زمانبندی چراغها صورت میپذیرد. مثلا در هر ساعت خاصی از شبانه روز مانند ساعات تعطیلی مدارس یا ساعات پیک تردد، مدت زمان سبز وقرمز بودن چراغها به گونهای متناسب تنظیم میشود، اما باز هم در برابر شرایط اضطراری غیر قابل انعطاف هستند.
-3 کنترل هوشمند : (intelligent control) در این نوع کنترل تغییر وضعیت چراغها کاملا به شرایط موجود و میزان درخواست بار ترافیکی بستگی دارد.
با مطرح شدن کنترل هوشمند در مهندسی کنترل و موفقیت این روشها در سیستمهای عملی، کاربرد روشهای کنترل هوشمند درمبحث ترافیک نیز مطرح گردیده است.

به دلیل ویژگیهای خاص سیستم کنترل ترافیک شهری و از آنجا که رفتارهای پیچیده انسان از عوامـل موثر بر شرایط ترافیکی ایجاد شونده در این سیستم میباشد، کاربرد روشهای هوشمند کنترل به جای روشهای سنتی ضروری به نظر میرسد. به طور عمده مسائل اصلی در کنترل چراغ راهنمایی در یک تقاطع ایزوله توجه به کاهش تاخیر وسایل نقلیه و کاهش میزان توقفات و همچنین افزایش ظرفیت خیابانها میباشـد. در میـان ابزارهای مختلفی که برای برقراری ایمنی راه و حفظ نظام در جریان ترافیک موجود میباشد، ماننـ
د تابلوهـای راهنمایی، خط کشی ها، و سایر ابزار و وسایل نصب شده در خیابانهـا، موجـود میباشـد، زمانبنـدی چراغهـای راهنمایی برای کمینه کردن تاخیر و افزایش ظرفیت تقاطعها در منطق کنتـرل کـاربرد فراوانـی دارد. دریـک تقاطع ایزوله دو حالته که در این طرح مورد بررسی میباشد، تنها با دو فاز عملیاتی کار میشود، وقتی که چراغ در دو خیابان روبرو به هم سبز باشند، در دو خیابان مجاور قرمز میشود و برعکس. در یک کنترل هوشمند، بر اساس میزان درخواست ترافیکی در خیابان مورد کنترل، تغییرات چراغ و رفتن به فاز دیگر، صورت میگیـرد و مدت زمان مناسب برای سبز بودن یک چراغ تعیین میشود.

با توجه به قابلیتهای متنوع روشهای هوشمند (شامل هوش مصنوعی , منطق فازی و شبکه عصبی)، به ویژه در پوشش دهی و پاسخگویی مناسب به موارد فوق، پیشنهاد استفاده از روشهای هوشمند، جهت پوشش دهی مشکلات فعلی، به عنوان یک راه حل جدید مطلوب خواهد بود. با توجه بـه قابلیتهـای متنـوع روشـهای هوشمند انتظار میرود که روشهای فوق در حوزههای مختلف کنترل ترافیک شامل بـرآورد وتعبیـر و پـردازش اطلاعات مختلف جمع آوری شده، برخورد و مدلسازی مناسب پارامترها و شـرایط مـبهم موجـود در پروسـه کنترل، پیشگویی آینده، افزایش قدرت یادگیری سیستم و بالاخره افزایش هوشمندی سیستم، بسیار پر کاربرد بوده و نتایج قابل قبولی را به دنبال خواهد داشت.

5

در این پروژه پس از شناخت و تحلیل روابط حاکم بر متغیرهای ترافیکی، درجه اشباع هـر ورودی کـه نشان دهنده نسبت میزان درخواست بار ترافیکی به میزان ظرفیت آن ورودی میباشد، به عنوان پارامتر ورودی کنترل کننده در نظر گرفته شده و با روشهای مبتنی بر بینایی ماشین اندازه گیری میشود. کنتـرل کننـده در هر مرحله نمونه برداری و در پایان زمان سیکل جاری، وضعیت همه ورودی را ارزیابی کرده و طـول چرخـه و طول زمان سبز اختصاص داده شده به هریک از خیابانها را در مرحله بعدی تعیین میکند تـا درجـه اشـباع در همه ورودی نسبتا یکسان و در سطح مناسبی قرار بگیرد. پس از طراحی ساختار قوانین کنترل کننده براساس پارامترهای فازی، الگوریتم آموزش مربوط به شبکه عصبی اجرا میگردد.

(2-1 پیشینه تحقیق

به طو کلی نظریه کنترل ترافیک شهری از سال 1950 ارائه گردید. بخش عمدهای از روشهایی کـه تـا کنون ارائه شدهاند براساس روشهای کلاسیک و مبتنی بر اطلاعات آماری و منحنیهای به دست آمده تجربـی میباشد. در زمینه کنترل زمان ثابت در یک تقاطع ایزوله ،Webster، در سال 1958 رابطهای ریاضـی را بـرای کنترل بهینه چرخه ارائه داد. پس از آن روشهای کنترلی دیگری نیز بر اساس مدل بهینهسازی ریاضی توسـط Miller در سال 1963، Bang درسال 1976، و Davidsson در سال 1996، ارائه گردید.[5]

به طور همزمان، با معرفی تئوری فازی در سال 1965توسط دکتر زاده کـاربرد ایـن نظریـه در کنتـرل ترافیک تقاطعها آغازشد. نخستین کنترلر فازی توسط Pappis و Mamdani در سال 1974 با کاربرد مقدماتی منطق فازی برای یک تقاطع مستقل بـا خیابانهـای یـک طرفـه، ارائـه گردیـد.[6] بـرای کنتـرل شـبکهای از تقاطعهای وابسته به یکدیگر با خیابانهای دو جهته، Chiu در سال 1992 روشی را با کاربرد منطق فازی ارائـه داد.[11] همچنین روشهایی نیز بر اساس نظریه فازی برای کنترل حجم یک معبر، کنترل تقاطعها با در نظـر گرفتن حرکات گردشی با اهداف مختلف کنترلی ارائه گردیده است. به طور رسمی پروژه 1FUSICO از سـال 1996 در دانشگاه Helsinki برای توسعه روشهای کنترل فازی چراغهای یـک تقـاطع آغـاز شـده اسـت کـه تاکنون نیز این تحقیقات ادامه دارد.

از جمله سیستمهای کنترلی طراحی شده میتوان به سیستم 2UTCS اشاره نمود که از حدود سـالهای

1970 رواج یافته و تا به امروز با آنکه تغییرات و پیشرفتهای وسیعی روی آن صورت گرفتـه، بـاز هـم مبنـای بسیاری از سیستمهای کنترل زمانبندی شده میباشد .این سیستم یک برنامه زمانبنـدی خـارج از خـط بـر اساس میانگین شرایط ترافیکی برای یک دوره زمانی خاص از طول روز در کامپیوتر مرکزی ارائـه میدهـد کـه معمولا بر اساس به حداقل رساندن شاخص بی نظمی که نشان دهنده میزان تاخیر وتوقف و یا ماکزیمم کردن ظرفیت باند میباشد، عمـل میکنـد. UTCS مجموعـهای از الگـوریتم هـایی میباشـد کـه تحـت پارامترهـای

3FHWA استاندارد شده است و امروزه با کاربرد مدلسازی میکروسکوپی، استانداردهای دیگـری نیـز عملکـرد این سیستم را توصیف میکنند8] ،.[7

1−Fuzzy Signal Control 2−Urban Traffic Control System 3−Federal Highway Administration

6

با ایجاد قابلیت کاربرد میکروپروسسورها که استفاده از آنها نیـز سـاده و کـم هزینـه میباشـد، چنـدین سیستم کنترل ترافیک روی خط1 از اواخر دهه70 و اوایل دهه80 در جهت پاسخگویی به تغییرات ایجاد شده برای افزایش عملکرد بهینهسازی ارائه گردیده است. از جمله این سیستمها میتوان به سیـستم 2SCATS کـه در استرالیا وسیستم 3SCOOT که در انگلیس ارائه شدهاند اشاره نمود9]،.[10 در مجموع میتـوان گفـت کـه این دو سیستم در جهت افزایش بهینهسازی پارامترهایی همچون چرخه4، تسهیم5، آفست6 عمل میکننـد. در کشور ما حدودا از سال 1377 طرح کاربرد نرم افزار SCATS به مرحله اجرا در آمد و هم اکنـون حـدود 320

تقاطع شهر تهران به این سیستم مجهز شدهاند. سیستمهای دیگری نیز در سالهای اخیر مورد توجـه کـاربران قرار گرفته است که نمونه هایی از این سیستمها عبارتنـد از: سیـستم7PLIDENT، سیـستم 8EQUISAT و سیستم .9FLEXIPROG کاربرد شبکههای عصبی به عنـوان
یـک روش هوشـمند در سیـستمهـای کنتـرل ترافیک در سالهای اخیر اهمیت ویژهای یافته اسـت. سیـستم 10S-TRAC توسـط Spall در سـال1997 کـه نمونهای از سیستمهای مبتنی بر شبکه عصبی میباشد، ارائه گردید. در سال1992، Dongling الگوریتمی بـه منظور کاربرد همزمان شبکههای عصبی و سیستمهای فازی برای بهبود استنتاجات فازی در کنتـرل ترافیـک ارائه داد. همچنین الگوریتم 11FDP نیز برای اصلاح سرعت محاسبات با ترکیب روشهای فازی وعصبی در سال 1998 توسط j.j.Henry ارائه شده است که کاربردهای فراوانی دارد. Liu.Zhiyong در سال 2003 یـک نـوع روش کنترلی پیشگویی کننده با استفاده از شبکههای عصبی برای کنترل چراغ در یـک شـبکه شـهری ارائـه داد.وی همچنین در سال 2005 یک نوع روش کنترلی بر اساس شبکههای عصبی هاپفیلد و مبتنی بر تئوری آشوب12 برای کنترل یک تقاطع ایزوله پیـشنهاد داد. Guojiang نیـز در سـال 2004 مطالعـاتی را در زمینـه کاربرد سیستمهای نرو- فازی در یک شبکه ترافیکی شامل چندین تقاطع انجام داد12]،.[11

به طور کلی سیستمهای عصبی به شکلهای مختلفی در کنتر

دسته بندی : پایان نامه ها

دیدگاهتان را بنویسید