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 پایان نامه، دو روش بهبود یافته برای برطرف کردن این مشکلات در بحث ظرفیت پیشنهاد شده است. روش اول، 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 از طریق نرم افزار شبیه‌سازی میکروسکوپیک  AIMSUNمورد آزمایش قرار گرفت. روش دوم یک استراتژی پیشنهادی برای کنترل رمپ، با محدود کردن احتمال است. این موضوع ابتدا با مطالعه تابع چگالی احتمال برای ظرفیت در شرایط متفاوت جریان در طول دوره انجام شد. بررسی‌ها نشان داد که توزیع ظرفیت لحظه­ای در محدوده­ی سطح اشغال و تراکم به صورت توزیع احتمال نرمال است. 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 شد و از طریق شبیه‌سازی میکروسکوپیک مورد آزمایش قرار گرفت.

كلمات كليدي: ظرفیت عملی بزرگراه، کنترل رمپ، محدودیت احتمال، رفتار تصادفی

فهرست مطالب

1 کلیات تحقیق ...............................................................................................................................................................................1

1-1 مقدمه 2

1-2 شرح مسئله 3

1-3 اهداف پژوهش 5

1-4 سابقه تحقیق 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 استفاده 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 جديد HCM براي تعيين ظرفيت يا حداكثر تردد سرويس در بزرگراه‌هاي 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 بررسی شده از دومحدوده‌ی بزرگراه نیایش 46

شکل ‏4‑3: مقادیر ظرفیت اندازه‌گیری شده در دو ایستگاه بررسی 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: رابطه‌ی 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 استفاده از روش کنترل Zone اصلی 77

شکل ‏4‑19: تصویری از AIMSUN هنگام تحلیل 79

- Stratified Zone Metering (SZM)