پایان نامه بهینه سازی ظرفیت ترافیک شبکه جاده ای شهری با افراز خطوط جاده ای و تنظیم هوشمند سیگنال های کنترل ترافیک
وزارت علوم، تحقیقات و فناوری
دانشگاه علوم و فنون مازندران
پایان نامه
مقطع کارشناسی ارشد
رشته: مهندسی سیستم های اقتصادی و اجتماعی
موضوع: بهینه سازی ظرفیت ترافیک شبکه جادهای شهری با افراز خطوط جادهای و تنظیم هوشمند سیگنالهای کنترل ترافیک
استاد راهنما: پرفسور ایرج مهدوی
دکتر بابک شیرازی
استاد مشاور: مهندس رضا حسن زاده
تابستان 1392
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
چكیده
شبكه های حملونقل شهری را میتوان مجموعه ای از شبكه معابر شهری و شبكه های حملونقل عمومی فعال در آن در نظر گرفت. تصمیمهای مرتبط با طراحی شبكه های حملونقل شهری سلسله مراتبی، تصمیمات بلندمدت، میانمدت و كوتاهمدت را شامل میشوند. تصمیمات بلندمدت در ارتباط با طراحی و توسعه زیرساختها و طراحی توپولوژی شبكه و تصمیمات میانمدت در ارتباط با زیرساختها و منابع شبكه مطرح هستند. جهتدهی به معابر از تصمیمات میانمدت و تنظیم چراغهای راهنمایی از تصمیمات كوتاهمدت در طراحی شبكه های حملونقل شهری هستند.
در این پایان نامه مساله طراحی شبکه ترکیبی تصمیمات رده بلندمدت، میانمدت و كوتاهمدت با رویكرد بیشینهسازی ظرفیت ذخیره شبكه ارائه شده است. ظرفیت ذخیره، بزرگترین مضرب ماتریس تقاضاست که میتوان به شبکه تخصیص داد بدون اینکه محدودیت ظرفیت معابر را نقض کند. مساله مورد مطالعه با رویكرد مدل ریاضی دوسطحی مدلسازی می شود. هدف سطح بالا بیشینهسازی ظرفیت ذخیره از طریق تنظیم سیگنال چراغ راهنما در تقاطعها ،جهتدهی به معابر و افزایش ظرفیت معابر از طریق اضافه کردن خط به معابر است.مساله سطح پایین، تخصیص ترافیک تعادلی کاربر است که هدف آن کمینهسازی زمان سفر کاربران است. به دلیل نامحدب بودن مدل، از روش های فوق ابتکاری (الگوریتم ژنتیک ترکیبی با شبیهسازی تبرید و الگوریتم زنبور عسل) برای حل آنها استفاده می کنیم. برای بررسی کارایی الگوریتم،برای حل مساله در سه سایز مختلف استفاده می شود. نتایج نشان داده که توانایی هر دو الگوریتم در بهبود وضعیت ظرفیت ذخیره یکسان است، ولی سرعت همگرایی الگوریتم ژنتیک ترکیبی با شبیهسازی تبرید نسبت به الگوریتم زنبور عسل بیشتر است.
کلمات کلیدی: طراحی شبکه حمل ونقل ترکیبی، ظرفیت ذخیره، جهتدهی به معابر، اضافه کردن خط، تنظیم سیگنال، برنامه ریزی دو سطحی، روشهای بالا ابتکاری
فهرست
1-3- تقسیم بندی سیستم های حمل ونقل 6
1-4- طراحی شبكههای حملونقل شهری و تقسیمبندیهای مربوط 7
1-5- طراحی شبكه های معابر جادهای 8
1-8- ظرفیت ذخیره شبکه حمل ونقل 10
1-9- مدل سازی مسایل طراحی شبكههای حملونقل جادهای 11
فصل 2- مرور بر ادبیات و پیشینه تحقیق 14
2-1- مرور مطالعات انجام شده در زمینه RNDP 15
2-2- مسایل طراحی تنظیمات سیگنال(SSDP) 21
2-2-1- رویکرد بهینه سازی موضعی 22
2-2-2- رویکرد بهینه سازی سراسری 22
2-3- مفهوم ظرفیت ذخیره سیستم 22
2-4- یک طرفه یا دوطرفه کردن معابر و مسایل مربوط 26
2-5- توسعه و نوآوریپایان نامه 28
2-5-1- تركیب با تصمیمات RNDP 28
فصل 3- مدل ریاضی پیشنهادی و روش حل 32
3-4- روش حل توسعه داده شده 40
3-4-1- کلیات الگوریتم ژنتیک. 41
3-4-2- کلیات الگوریتم زنبور عسل 44
3-4-3- ویژگی مشترک الگوریتمها 45
3-4-4- الگوریتم ژنتیک تركیبی با شبیهسازی تبرید 47
3-4-6- بهینه سازی موضعی تنظیمات سیگنال 54
4-2-1- نتایج برای مساله کوچک. 61
4-3- مساله در اندازه متوسط TX 62
4-3-1- نتایج برای مساله متوسط 63
4-4- مساله در سایز متوسط CG 65
4-4-1- نتایج برای اندازه متوسط CG 68
4-6- بررسی قابلیت الگوریتم ها 78
فصل 5- نتیجهگیری و تحقیقات آتی 81
5-2- پیشنهادها برای کارهای آتی 82
الف-1- توابع جریان ترافیك- زمان سفر 90
ب- روش جستجوی بخشبندی طلایی 97
فهرست شكل‌ها
شکل 1‑1- اجزای سیستمهای حملونقل 6
شکل 1‑2- تصمیمات مورد مطالعه 9
شکل 3‑1- مدل سازی ریاضی یک معبر ]45[ 38
شکل 3‑2- یک نمودار گردشی برای الگوریتم ژنتیک. 43
شکل 3‑6- نمایش كروموزوم شبكه نمونه 49
شکل 3‑7- شمارهدهی یالهای شبكه نمونه برای گره محور 1 50
شکل 3‑8- چگونگی اجرای عملگر تقاطع 50
شکل 4‑2- جهتدهی بهینه شبکه ZY 61
شکل 4‑5- جهتدهی بهینه شبکه متوسط TX 63
شکل 4‑8- جهتدهی بهینه شبکه متوسط CG 68
شکل 4‑12- جهتدهی بهینه شبکه متوسط SF 75
شكل 0‑1- نمونهای از یک نمودار تابع زمان سفر (]8[) 90
فهرست جداول
جدول 2‑1- خلاصه مطالعات انجام شده در زمینه MNDP…………………………………….. 26
جدول 2‑1-مقایسه مطالعات تركیبی در RNDP 36
جدول 4‑1- مسایل آزمایشی و مشخصات آنها 58
جدول 4‑2- مقادیر پارامترهای الگوریتمهای HGA و BA 59
جدول 4‑3- ورودی های مساله ZY 60
جدول 4‑4- ورودی های مساله TX 62
جدول 4‑6- مقادیر خروجی شبکه TX 64
جدول 4‑8 – ورودی های مساله CG 66
جدول 4‑9- مقادیر خروجی شبکه CG 69
جدول 4‑11- ورودی های مساله SF 72
جدول 4‑13- مقادیر خروجی شبکه SF. 76
جدول 4‑15- خلاصه نتایج محاسباتی 78
جدول 4‑18- میزان بهبودظرفیت ذخیره مسایل آزمون 79
جدول 0‑1- تعدادی از توابع زمان سفر ]9[ 91
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.
1-1- مقدمه
گسترش شهرنشینی در دهههای اخیر موجب شده است كه شهرها و حومههای آنها به عنوان مهمترین مراكز سكونت و فعالیت انسان معاصر مطرح شوند. افزایش مستمر جمعیت شهرنشین در بسیاری از كشورها به موضوع چالش برانگیزی برای مسئولان دولتی تبدیل شده است. چرا كه 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.
در همین راستا، دستهای از مطالعات بهینهسازی به طراحی و بهبود شبكههای حملونقل شهری می پردازد. شبكه های حملونقل شهری شامل زیرمجموعههایی چون شبكه معابر شهری و شبكه های حملونقل عمومی هستند كه تصمیمات طراحی در آنها را میتوان در قالب سلسله مراتبی از تصمیمهای بلندمدت، میانمدت و كوتاهمدت تقسیم بندی کرد. تصمیمات بلندمدت بیشتر به توسعه زیرساختها و توپولوژی شبكه ها اختصاص دارند. ساخت معابر جدید، توسعه ظرفیت معابر موجود، طراحی مسیرهای عبور و مرور شبكه 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 كوتاهمدتی چون تنظیم چراغهای راهنمایی، تنظیم عملیات روزمره را شامل میشوند.مسایل طراحی شبكه حملونقل شهری، با رویكرد نظریه بازیها مدلسازی میشوند. به جهت نوع مساله، دو گروه بازیگر وجود دارند. گروه اول مسئولان دولتی و تصمیم گیران هستند كه نقش رهبر را ایفا میكنند و گروه دوم كاربران شبكه هستند كه به تناسب تصمیمات اخذ شده برای شبكه توسط مسئولان، به انتخاب مسیر در شبكه میپردازند كه نتیجه آن تغییر در الگوهای جریانهای ترافیكی در سطح معابر شهر است. این رویكرد مدل سازی منجر به توسعه مدلهای ریاضی دوسطحی برای این مسایل می شود كه 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 كه میتوان ادعا کرد که به جهت نوع اثرات آن در شبكه حملونقل شهری، باید با دقت و حساسیت بیشتری مورد توجه قرار گیرد. چنانچه در مطالعات اشاره شد، یک طرفه کردن معابر در عین حال كه منجر به افزایش ظرفیت 10 تا 20 درصدی ظرفیت جریان ترافیكی در آنها شود، می تواند موجب افزایش مسافتهای طی شده توسط بخشی از كاربران، افزایش ازدحام در بخش دیگری از شبكه و مواردی از این قبیل شود. با عنایت به توضیحات بالا، اهمیت استفاده از مدلهای تصمیم گیری كه تاثیرات تغییر جهات در معابر را بر روی الگوهای جریان ترافیكی و در نتیجه عملكرد شبكه در سطح كلان در نظر بگیرند، آشكار می شود.
تصمیم یک طرفه کردن معابر می تواند به طور همزمان با سایر تصمیمات طراحی شبكه 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 ترافیكی شبكه، این احتمال وجود دارد كه هزینه های مورد نیاز برای سرمایهگذری را، نسبت به وضعیتی كه هر یک از تصمیمات جداگانه مطرح شود، كاهش 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 كلی مورد بحث در سطوح بالا را در بر میگیرند. مساله مورد بررسی، اختصاص به تركیب تصمیم جهتدهی معابر با سایر تصمیمات مربوط به شبكه معابر شهری دارد كه 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 ابتكاری 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.
1-2- سیستم حمل ونقل
یک سیستم حملونقل[1] را میتوان به صورت مجموعه ای از تسهیلات ثابت[2]، نهادهای جریان[3] و یک سیستم كنترلی[4] تعریف نمود كه به مسافران و كالا امكان میدهد بر محدودیتهای جفرافیایی غلبه و به موقع در فعالیتهای مورد نظر شركت كنند]1[. در واقع، یک سیستم حملونقل شامل مجموعه ای از اجزاء است كه امكان جابه جایی انسان و كالا را از مكانی به مكان دیگر فراهم می کند. تسهیلات ثابت، اجزای فیزیكی سیستم حملونقل هستند كه در یک مكان ثابت واقع می شوند و شامل یالهای شبكه[5] (مانند جادهها، ریلها و لولهها) و گرههای[6] (مانند تقاطعها، پایانهها، بنادر و فرودگاهها) سیستم هستند. طراحی این تسهیلات شامل مسایلی چون مهندسی خاك و پی، طراحی سازه، طراحی شبكه های آبیاری و طراحی هندسی می شود. نهادههای جریان، واحدهایی هستند كه از تسهیلات ثابت عبور میكنند. این نهادهها میتوانند وسایل نقلیه، واحدهای كانتینر، واگنهای قطار و غیره باشند، مثلاً در مورد سیستم بزرگراهها، تسهیلات ثابت برای انواع وسایل نقلیه اعم از دوچرخه و یدككشهای بزرگ قابل استفاده هستند. سیستم كنترلی شامل كنترل جریان[7] و كنترل وسیله نقلیه[8] می شود. كنترل وسایل نقلیه به روشهایی اطلاق می شود كه وسایل نقلیه را در سیستم حملونقل هدایت میكنند كه این هدایت می تواند دستی یا خودكار باشد. به طور مثال، در مورد هدایت خودروها در بزرگراهها، عامل انسانی و رفتار انسان به عنوان سیستم كنترلی وسیله نقلیه عمل میكند. سیستمهای كنترل جریان شامل ابزارهایی هستند كه جریان روان حركت وسایل نقلیه را ضمن كاهش ازدحام در سیستم حملونقل، فراهم میكنند. این سیستمها میتوانند شامل انواع علامتگذاریها در طول مسیرهای حملونقل، چراغهای راهنمایی و مقررات وضع شده برای حركت در مسیرها باشند.شکل 1-1 تقسیم بندی اجزای سیستمهای حمل ونقل را نمایش میدهد.
1-1- 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، یكی 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[1] 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 موتورسیكلتهای 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.
شبكه های حمل ونقل شهری در واقع متشكل از شبكه معابر شهری و شبكه حملونقل عمومی هستند كه مانند شبكه اتوبوس و تراموا در شبكه معابر و مانند شبكه مترو یا مجزای از معابر تعریف میشوند.
تعداد صفحه : 108
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 شود.
پشتیبانی سایت : * serderehi@gmail.com
در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.
[add_to_cart id=150118]