فایل ورد کامل مقاله علمی درباره ارزیابی ظرفیت عملی بزرگراه‌ها با استفاده از روش میانگین متحرک و نقش آن در کنترل رمپ

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

 فایل ورد کامل مقاله علمی درباره ارزیابی ظرفیت عملی بزرگراه‌ها با استفاده از روش میانگین متحرک و نقش آن در کنترل رمپ دارای ۲۰ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد فایل ورد کامل مقاله علمی درباره ارزیابی ظرفیت عملی بزرگراه‌ها با استفاده از روش میانگین متحرک و نقش آن در کنترل رمپ  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی فایل ورد کامل مقاله علمی درباره ارزیابی ظرفیت عملی بزرگراه‌ها با استفاده از روش میانگین متحرک و نقش آن در کنترل رمپ،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

---

بخشی از متن فایل ورد کامل مقاله علمی درباره ارزیابی ظرفیت عملی بزرگراه‌ها با استفاده از روش میانگین متحرک و نقش آن در کنترل رمپ :

چکیده

کنترل رمپ، یکی از موثرترین استراتژیهای مدیریت بزرگراه است و مزایای زیادی در مواردی مانند افزایش خروجی در گلوگاهها، کاهش زمان سفر، تعداد تصادفات و ; ایجاد کرده است. کنترل رمپ شامل دو محدودیت درحال رقابت با هم است: ظرفیت بزرگراه و صف رمپ. اجرا و ارزیابی کنترل رمپ نشان میدهد که این دو محدودیت با توجه به فرض نادرست ثابت بودن ظرفیت و برآورد نادرست طول صف نمیتوانند موفق عمل کنند. در این مقاله، یک روش بهبود یافته برای برطرف کردن این مشکلات در بحث ظرفیت پیشنهاد شده است. این روش، برآوردی است از ظرفیت لحظهای که برای پرداختن به کاستیهای ظرفیت که به طور ثابت در نظر گرفته شده است، مناسب است. هنگامی که تراکم شروع میشود، استفاده از ظرفیت عملی متغیر با زمان توصیه شده است. این موضوع با روش میانگین متحرک بر اساس ترافیک لحظهای محاسبه شده است. روش ترکیبی روی استراتژی کنترل ناحیه طبقه بندی شده Stratified Zone Metering (SZM) از طریق نرم افزار شبیه سازی میکروسکوپیک AIMSUN مورد آزمایش قرار میگیرد.

کلمات کلیدی: ظرفیت عملی- کنترل رمپ- برآورد- ترافیک لحظهای

۱ دانشجوی برنامه ریزی حمل و نقل دانشگاه شمال، kazemzadeh.zahra@yahoo.com 2دانشجوی دانشگاه تربیت مدرس، hossein.rami@yahoo.com

۱

-۱ مقدمه

رمپ می تواند به عنوان اتصال بین دو تسهیلات بزرگراه تعریف شود که شامل مقطعی از راه با طول کافی است تا ایمنی پیوستن وسایل نقلیه از رمپ ورودی به مسیر اصلی را تضمین نماید. برای کنترل تقاضای اضافه شده به رمپ ورودی، چندین استراتژی کنترل رمپ با محدود کردن تعداد وسایل وارد شده به جریان اصلی توسعه یافتهاند. کنترل رمپ، یکی از موثرترین استراتژیهای مدیریت بزرگراه قادر به تولید مزایای از قبیل افزایش میزان خروجی در گلوگاهها، کاهش زمان سفر، بهبود قابلیت اطمینان زمان سفر و کاهش تعداد تصادفات و همچنین انتشار آلودگی وسایل نقلیه خواه بود

.(Systematics, 2001 Cambridge)

به طور کلی، یک استراتژی کنترل رمپ موثر و موفق روابط بین جریان خط اصلی و زمان انتظار وسیله نقلیه و صف در ورودی رمپها را بهبود بخشیده و متعادل می سازد. بنابراین، 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) Stratified Zone Metering میباشد. در این استراتژی، محدودیتهای ظرفیت ناحیه و زمان انتظار رمپ بررسی شده است. این محدودیتها، از یک سو، تعادل بین ظرفیت تقاضا را در بزرگراه حساس حفظ می کند؛ از سوی دیگر، تاخیر حداکثر رمپ تحت شرایط مرزی از پیش تعیین شده را در بزرگترین حد ممکن نگه می دارد.

-۲ تعریف مسأله و اهداف تحقیق

محدودیت ظرفیت بزرگراه عنصر مرکزی برای کنترل رمپ است که از تعادل حساس بین ظرفیت و تقاضا حمایت میکند. به طور سنتی، ظرفیت بزرگراه ثابت فرض شده و مقداری از پیش تعیین شده است. که برای برخی از کاربردها مانند طراحی و برنامهریزی بزرگراه مناسب است. با این حال، برای کاربردهای لحظهای مانند کنترل رمپ مناسب نیست. زیرا ظرفیت طبیعتی تصادفی دارد. Elefteriadou) و همکاران، ۱۹۹۵؛ Evans و همکاران، ۲۰۰۱؛ Polus و Pollatschek، ۲۰۰۲؛ Brilon و همکاران، .(۲۰۰۵ بر مبنای این مشاهدات، طراحی یک روش برای بهبود برآورد ظرفیت بزرگراه مطلوب است. در این روش، ظرفیت متغیر بزرگراه بر اساس شرایط حاکم به ویژه هنگامی که تراکم در یک مقطع آغاز می شود محاسبه می شود.

روش پیشنهادی، یک روش ساده به منظور برآورد ظرفیت لحظهای به جای مقداری ثابت در بزرگراه با ظرفیت محدود شده است. به طور خاص، استفاده از داده های واقعی از ایستگاههای مورد نظر در طول

۲

دورهی آزمایش نشان داد هنگامی که یک مقطع بزرگراه غیر متراکم است، ظرفیت به صورت توزیع نرمال میشود. به منظور برآورد ظرفیت تحت چنین شرایطی، ۹۵ درصد از ظرفیت توابع احتمال تجمعی به عنوان ظرفیت نظری برآورد شده برای کنترل رمپ معرفی شدهاند. وقتی تراکم شروع میشود، استفاده از ظرفیت عملی متغیر در زمان توصیه میشود. در اینجا، ظرفیت عملی توسط روش میانگین متحرک بر اساس شمارش ترافیک لحظه ای برآورد می شود. روش ترکیبی در استراتژی SZM از طریق میکرو شبیه ساز آزمایش شده است.

-۳ مروری بر مطالعات پیشین در بحث برآورد ظرفیت بزرگراه

روش های مختلفی برای برآورد ظرفیت وجود دارد. به عنوان مثال، ظرفیت می تواند با انتخاب نرخ جریان حداکثر اندازه گیری شده در طول مدت مشاهده یا مقدار حداکثر مورد انتظار با استفاده از روش توسعه یافته توسط Hyde و (۱۹۸۶) Wright برآورد شود. ظرفیت برآورد شده توسط این روش وابستگی زیادی به مدت فاصلهی متوسط دارد. بنابراین، این روش ارزش عملی کمتری برای طراحی و مدل سازی بزرگراه دارد Minderhoud) و همکاران، .(۱۹۹۷ به طور سنتی، ظرفیت بزرگراه ثابت فرض شده و مقداری از پیش تعیین شده است. که برای برخی از کاربردها مانند طراحی و برنامهریزی بزرگراه مناسب است. با این حال، برای کاربردهای لحظه ای مانند کنترل رمپ مناسب نیست. زیرا همانطور که اشاره شد ظرفیت طبیعتی تصادفی دارد. Elefteriadou) و همکاران، ۱۹۹۵؛ Evans و همکاران، ۲۰۰۱؛ Polus و Pollatschek، ۲۰۰۲؛ Brilon و همکاران، .(۲۰۰۵ بر مبنای این مشاهدات، طراحی یک روش برای بهبود برآورد ظرفیت بزرگراه مطلوب است.

-۴ شرح مساله مورد مطالعه

بزرگراه نیایش یکی از بزرگراههای تهران است که از سوی غرب خیابان ولیعصر و در جنوب بوستان ملت در شمال مرکزی تهران آغاز شده و به سوی غرب تهران کشیده میشود. در این بخش مجموعا ۳۸رمپ ۲۰) رمپ ورودی و ۱۸ رمپ خروجی) وجود دارد. دو محل آزمایش (شکل (۱، در این محدوده مطالعه انتخاب شدند.

تاریخ های آزمایش شبیه سازی، ۲۱ و ۲۳ آبان ۱۳۹۱ برای محدودهی بزرگراه نیایش از تقاطع ولی عصر تا سعادت آباد و ۱۹ و ۲۱ آذر ۱۳۹۱ برای محدودهی بزرگراه نیایش از تقاطع سعادت آباد تا اشرفی اصفهانی هستند. داده های حجم ۵ دقیقهای بعد از استخراج در شبیه سازی استفاده شدند.

۳

زمان اوج در بعدازظهر زمانی انتخاب شد که محل آزمایش در تراکم قرار داشت. هر دورهی تراکم برای هر شبیه سازی از ساعت ۱۲ الی ۱۸ بود که در دورهی کنترل SZM از ساعت ۱۳ الی ۱۶ عمل میکرد.

شکل :۱ دو محدودهی مورد مطالعه در بزرگراه نیایش

وقتی بزرگراه غیر متراکم است، ظرفیت برآورد شده همان ظرفیت نظری است که عموما حداکثر جریان ترافیک در نمودار جریان اشغال است و با استفاده از دادههای شمارش شده رسم شده است. طبیعت تصادفی در محاسبات به منظور بهبود دقت در برآورد در نظر گرفته شده است. وقتی که تراکم شروع میشود فقط میتوان از ظرفیت عملی صحبت کرد. در چنین مواردی، فاصله زمانی بعدی برای جریان ترافیک با استفاده از روش میانگین متحرک که به عنوان ظرفیت واقعی در نظر گرفته شده تخمین زده میشود. این ظرفیت به صورت پویا در شرایط ترافیکی تغییر میکند.

(۱)

-۱-۴ برآورد ظرفیت نظری

ظرفیت نظری از نمودار رابطهی جریان اشغال میتواند مشاهده و یا تخمین زده شود (شکل .(۲ حداکثر مقدار اندازهگیری شده در نمودار رابطه جریان اشغال، به طور سنتی، به عنوان ظرفیت نظری در نظر گرفته شده است. با این حال، همانطور که در شکل ۲ نشان داده شده است، مقادیر ظرفیت در روزهای مختلف به دلیل شرایط متفاوت ترافیکی تغییر میکند. در اینجا یافتن نوع توزیع و تصمیمگیری برای انتخاب درصد برای محاسبه ظرفیت مورد نظر است.

۴

شکل :۲ مقادیر ظرفیت

-۲-۴ برازش توزیع نرمال

با تجزیه و تحلیل تمام دادههای ۵ دقیقهای برای ۲۰ ایستگاه در نظر گرفته شده برای هر یک از دو محدودهی مورد بررسی در سال ۱۳۹۱، معلوم شد توزیع نرمال انتخاب خوب برای برازش مقدار ظرفیت است. برای بررسی اینکه آیا داده های نمونه متناسب با توزیع نرمال هستند، ۵ معیار زیر باید صدق کند:

(۱) میانگین نزدیک به میانه باشد؛ (۲) کشیدگی نزدیک به ۰، و یا حداقل در بین ۱+ و ۱- باشد؛

(۳) چولگی نزدیک به ۰، و یا حداقل در بین ۱+ و ۱- باشد؛ (۴) در نمودار هیستوگرام، منحنی به شکل زنگوله، متقارن و یک نمایی باشد؛ (۵) در نمودار Q-Q نرمال، اکثر داده ها در یک خط قرار گیرند.

همانطور که در شکل ۳ و ۴ برای تمام ایستگاههای هر یک از دو محدودهی مورد بررسی نشان داده شده است، تمام شرایط برای نرمال بودن صادق است.

۵

شکل :۳ میانه و میانگین دادههای ظرفیت

شکل :۴ چولگی و کشیدگی دادههای ظرفیت

شکل:۵ نمودار هیستوگرام

۶

شکل :۶ نمودار Q-Q نرمال

شکل :۷ تست نرمال بودن P-Value

علاوه بر این، ما از آزمون چی- دو پیرسون به منظور بررسی نرمال بودن دادههای ظرفیت استفاده میکنیم. در این مطالعه برای محاسبه P-Value برای هر یک از مجموعه داده ها از بسته نرم افزار R استفاده شده است(.(http://cran.r-project.org/ همانطور که در شکل ۷ نشان داده شده، اغلب
مقادیر P-Value بزرگتر از ۰,۰۵ هستند، این موضوع نشان دهنده توزیع نرمال دادههاست. برای
بعضی از مجموعههای داده، مقدار P-Value کمتر از ۰,۰۵ است. این موارد ممکن است به دلیل
کوچک بودن حجم نمونه یا خطا در شمارش بعضی از ایستگاهها باشد.

-۳-۴ صدک ۹۵

حد آستانهای ظرفیت میتواند توسط تابع احتمال تجمعی (شکل (۸ محاسبه شود. حد آستانهای با دانستن صدک از پیش تعیین شده مطابق با کاربردهای مختلف ترافیکی محاسبه میشود. به عنوان مثال، زمانی که بزرگراه متراکم است برای جلوگیری از ادغام وسایل نقلیه بیش از حد از رمپ ها بهتر خواهد بود یک درصد پایین تر انتخاب شود. و بر عکس، یک درصد بالاتر نرخ آزادسازی رمپ را به خاطر کاهش تاخیر رمپ افزایش میدهد. در اینجا به منظور کاهش زمان انتظار رمپ ترجیح می

۷

دهیم صدک ۹۵ را انتخاب کنیم. ظرفیت نظری برآورد شده فقط برای بزرگراه زمانی که غیر متراکم است کاربرد دارد. ظرفیت آستانهای توسط تابع احتمال تجمعی ظرفیت محاسبه میشود (شکل .(۸

۰,۹۵)،۰,۹۵) ۵۶۰۵،(۶۴۲۰

شکل :۸ صدک ۹۵ برای دو محدودهی تحت مطالعه

-۴-۴ برآورد ظرفیت عملی

همانطور که در معادله (۱) نشان داده شد، زمانی که تراکم شروع میشود، ظرفیت لحظهای توسط ظرفیت عملی محاسبه میشود. این ظرفیت به عنوان نرخ جریان حداکثر واقعی تعریف شده است. بنابراین، ما به برآورد نرخ جریان حداکثر ممکن که میتواند از نقطه ایستگاه تا فاصله زمانی بعدی ۳۰) ثانیه، برای مثال) عبور کند نیاز داریم. مشخص است که شرایط ترافیکی ممکن است در زمان متراکم بودن بزرگراه برای بازه زمانی بسیار کوتاه نسبتا ثابت باقی بماند (برای مثال، ۳۰ ثانیه). بنابراین ما به سادگی میتوانیم از روش میانگین متحرک برای برآورد جریان ترافیک حداکثر در فاصله زمانی بر اساس اطلاعات قبلی ترافیکی استفاده کنیم.

-۵-۴ روش میانگین متحرک

از آنجا که مقداری خطا در شمارش۳۰ ثانیه وجود دارد، از این رو، یک ترتیب جدید داده، که از

مجموع ۱۰ بازه زمانی یعنی دادههای ایجاد شده در ۵ دقیقه خواهد بود برای برآورد ظرفیت انتخاب شده است. (شکل .(۹

۸

شکل :۹۱ ترتیب جدید داده

فرمول برای ترتیب جدید دادهها:

(۲)

: دادههای جدید ۵ دقیقهای جریان ترافیک در بازه زمانی، مجموع دادههای خام در ۳۰ ثانیه؛

: دادههای خام جریان ترافیک ۳۰ ثانیهای در بازه زمانی t؛

: M تعداد دادههای خام استفاده شده برای مجموع، در این مطالعه، .M=10

سپس، ما از روش سادهی میانگین متحرک برای ترتیب جدید داده استفاده میکنیم.

(۳)

: جریان ترافیک حداکثر که برای بازهی زمانی بعدی برآورد شده، یعنی مقدار ظرفیت.

-۶-۴ ارزیابی آفلاین

برای آزمایش روش پیشبینی، مجموعه دادهها از ۴۰ ایستگاه در دو محدودهی مورد مطالعه در بزرگراه نیایش (شکل (۱ ساعت ۱۲ الی ۱۸ در تاریخ ۲۱ و ۲۳ آبان، ۱۹ و ۲۱ آذر در سال ۱۳۹۱ جمعآوری شدهاند. درصد خطای مطلق میانگین (MAPE) The Mean Absolute Percentage Error برای ارزیابی دادهها انتخاب شده است.