دانلود مقاله الگوی ترافیک مشاهده شده در صفوف بلند آزاد راه ها

1- چکیده آنالیز تجربی ارائه شده در این مقاله نشان می دهد که در نمونه های معین چگالی (و همچنین جریان و سرعت متوسط وسایل نقلیه) در صفوف بلند آزاد راه ها روند سازگاری را با آنچه که بوسیله تئوری هیدرودینامیک ترافیک پیش بینی شده است ارائه می‌دهد.

این یافته اینطور نشان می دهد که ارزیابی صفوف بلند آزاد راه ها (فواصل مکانی و شرایط ترافیکی صفوف) می تواند به خوبی بوسیله این تئوری ساده توصیف شود.

پس از توصیف این روند و شرایط آن برخی از مفاهیم عملی این یافته را ذکر می کنیم.

بطور کلی یافته ها از طریق بازرسی نمودارهائی که بر مبنای شمارش ترافیک آزاد راه بوسیله شمارشگرها (و همچنین تغییراتی که در آنها داده شده است) رسم شده اند به دست آمده اند.

این روش تحلیل اطلاعات تابع زمانی توده وسایل نقلیه بین شمارشگرها را آشکار می کند و این مساله برای کشف روند توصیف شده لازم است.

2- پیش زمینه در نمونه های معین، تئوری هیدرودینامیک ترافیک چگالی را در صفوف آزادراهها پیش بینی می کند که در دم بالاترین مقدار را دارد و به تدریج کاهش می یابد تا به کمترین مقدار خود درست در بالا دست دهانه (گلوگاه) می رسد.

در شکل 1 این مساله توضیح داده شده است.

قسمت بالایی شکل امتدادی فرضی از یک آزاد راه را نشان می دهد که در بالا دست گلوگاه تعدادی تقاطع واقع شده اند.

در این شکل گلوگاه به علت قید زمین نشان داده شده است که می تواند دلایل دیگری هم داشته باشد.

ترافیک در بخشهای متشابه (فواصل بین تقاطع ها) بوسیله نموداری مشابه آنچه که در بخش پائینی شکل ترسیم شده است شرح داده شده است.

ظرفیت qmax، ماکزیمم جریانی است که می تواند در هر بخش بدون در نظر گرفتن تاثیر خطوطی که از پایین دست می آیند برقرار باشد.

اگر در هر صورت، صفی در پائین درست شکل گیرد و به عقب انتقال پیدا کند، جریان در همه بخشها تحت فشار قرار می گیرد و مقادیر کمتری نسبت به qmax بدست می دهد.

این جریان ها با روش ارائه شده توسط Newell (1993) به سادگی قابل تخمین هستند.

تقاطع ها بصورت نقاط منفرد در طول آزاد راه مدل می شوند.

بنابراین به ازاء هر رمپ، خروجی ها و ورودی ها در این نقاط موجودند.

وسایلی که از یک تقاطع به منطقه صف آزاد راه وارد می شوند جریان وسایلی از تقاطع های مشابه از بالا دست می آیند را محدود می کند یعنی وسایل نقلیه رمپ ورودی فضای آماده راه را از وسایلی که از بالا دست می آیند می گیرند.

بنابراین اگر در هر تقاطع نرخ وسایلی که از طریق رمپ های ورودی به آزاد راه وارد می شوند بیشتر از نرخ وسایل خارج شونده توسط رمپ های خروجی باشد، جریان در بخشهای متوالی بالا دست به تدریج کاهش می یابد یعنی جریان صف در بخش 1 برابر ظرفیت گلوگاه است، جریان در بخش 2 برابر ظرفیت گلوگاه منهای ریزش خالص از تقاطع 1 است و به همین طریق.

مطابق آنچه که در نمودار شکل 1 نشان داده شده است، هر کاهش در جریان صف که در طول رخ می دهد با یک افزایش در چگالی همراه است.

(این نمودار همچنین تغییرات سرعت متوسط وسایل را نشان می دهد.) به بیان دیگر، رانندگان در حین حرکت از دم صف به گلوگاه با بهبود یکنواخت شرایط ترافیک مواجه می شوند.

ممکن است وقفه ای در این روند در ناهمگونی ها (مثل تقاطع ها) رخ دهد.

این در صورتی است که ترافیک در این موقعیت ها با نمودار بخشهای متشابه توصیف نشده باشد.

حتی این نکته هم متصور است که ترافیک می تواند بوسیله یک ایست در بخشهائی که به قدر کافی در بالا دست گلوگاه هستند خرد شود.

البته شرایطی را ذکر شد بدون شک کمیاب هستند و به آنها نمی پردازیم.

پس می توان نتیجه گرفت که جریان در بخش صف شده آزاد راه وابسته به توده وسایل نقلیه است این موضوع زمانی اهمیت عملی پیدا می کند که برای مثال طراحی مد نظر باشد.

اگر انتخاب نهائی استراتژی کنترل دسترسی از طریق مطالعه رمپ باشد، طرح هندسی تغییر می کند و یا تابلوهای راهنمائی راه براساس ارزیابی توده وسایل پایه گذاری می شود.

ولیکن کاملاً واضح نیست که این روند در چگالی صفوف تا چه اندازه روی طراحی تاثیر می گذارد و هنوز هم در کتابهای ترافیک بحثی راجع به این موضوع نشده است.

ولی با این همه این تئوری به خوبی تعریف شده است و انطباق آن با اندازه گیری‌های واقعی در آزاد راه ها در این تحقیق انجام می گیرد.

مشاهدات ما نشان می دهد که زمانی که صف در آنسوی یک تبادل شروع به زیاد شدن می کند جریان وسایل آزاد راه در بالا دست برابر جریان همسایه پائین دست منهای جریان خالص تبادل است.

این جریان بالا دست معمولاً روند تقریباً ثابتی را نشان می دهد (علیرغم وجود نوسانات) برای دوره های زمانی طولانی.

در طول این زمان ها، چگالی بخش و جریان آن ارتباط تابعی با هم دارند یعنی ترافیک در اینحالت با نمودار اساسی ترافیک همخوانی دارد.

بنابراین برای همه بخشها که هندسه مشترک دارند یک منحنی داریم.

هدف ما بررسی تئوری هیدرودینامیک و کاربرد آن برای پیش بینی ترافیک معین می باشد به عبارت دیگربررسی می کنیم که این تئوری جزئیات کافی برای طراحی ارائه می دهد.

یافته ما همچنین ملاک قابل قبولی برای اینکه چه زمانی از مدلهای دیگر بسط ترافیک استفاده کنیم ارائه می دهد همچنین این روش برای یافتن مکان گلوگاه بسیار مناسب است که در این رابطه در بخش 5 توضیحات بیشتری ارائه می شود.

3- اطلاعات اطلاعات استفاده شده در این پروژه در مدت زمان 2 روز (صبح) از امتداد Queen Elizabet Way (شکل 2) گرفته شده اند.

شمارشگرها به شکل دوایر کوچک نشان داده شده اند.

ایستگاه شمارشگرها هم در هر خط موجود است که در شکل نشان داده نشده اند.

این شمارشگرها اطلاعاتی شامل شمارش وسایل نقلیه، سرعت متوسط زمانی وسایل نقلیه با وقفه های 20 ثانیه‌ای را ضبط می کنند اعداد منتقل شده به ایستگاه‌ها نیز نشان داده شده اند.

هر یک از رمپهای ورودی شکل 2 مطالعه شده اند.

به جز رمپ پائین دست شمارشگرهای 53.

شرایط این امتداد بزرگراه برای شرح دادن و ثبات روند فوق مناسب ارزیابی شده‌اند.

ابتدا اینکه این آزاد راه شامل سه خط عبوری بدون ناهمگونی آشکار است.

دیگر اینکه در طول ساعت اوج این آزاد راه، تعداد وسایل ورودی به آزاد راه از طریق رمپهای ورودی بیش از تعداد وسایل خروجی است.

بالاخره اینکه اثبات خواهیم کرد که گلوگاه در جایی بین شمارشگرهای 51 و 52 رخ می دهد.

زیرا گلوگاه در جائی پائین دست رمپ و بدون ناهمگونی تشکیل می شود.

زمانی که صف از این گلوگاه در طول آزاد راه زیاد می شود، اندازه گیری چگالی جریان (متوسط) در هر یک از 5 بخش هاشور خورده (شکل 2) انجام شده است.

این 5 بخش با شماره های 1 تا 5 که در جهت بالا دست افزایش می یابند نشان داده شده‌اند.

سه عدد از این بخش ها (بخش 2و4و5) بدون ناهمگونی هستند و دو عدد دیگر (بخش 1و3) دارای رمپ ورودی در بالا دست هستند.

از اندازه گیری بدست آمده در مرز بخشها برای رسم منحنی ها استفاده می شود.

استفاده ما از نمودارها روند مورد انتظار را در 5 بخش هاشور خورده نشان می دهد.

همچنین نشان می دهد که مقادیر اندازه گیری جریان و چگالی مقادیر مناسبی دارد.

4- آنالیز شکل 3 نمودارهای مجموع شمارش در مقابل زمان که از شمارشگرهای 50 تا 53 اندازه گیری شده اند را نشان می دهد.

این نمودارها مربوط به ساعت اوج صبح 6 آوریل 1998 می باشند.

نقطه شروع نمودارها (N=0) مربوط به اندکی قبل از تشکیل صف در گلوگاه می باشند.

شمارش هر نمودار با عبور یک وسیله مرجع شروع شده و شمارش در هر سه خط انجام شده است.

به علاوه برای رسم نمودار 50 از تخمین وسایل رمپ ورودی استفاده شده است (بوسیله قانون بقاء در گره) در نتیجه فاصله عمودی بین نمودارها توده (مجموع) وسایل نقلیه بوده است که بین شمارشگرها رخ داده است در هر حال، هر نمودار در شکل 3 (و محور زمان متشابه) بوسیله متوسط فرضی زمان سفر جریان آزاد بین شمارشگر مخصوص خود و شمارشگر 53 به سمت راست منتقل شده است.

بنابراین فاصله عمودی بین نمودارها برابر است با توده وسایل اضافه بین شمارشگرها ناشی از تاخیر مربوط به وسایل نقلیه.

انتقال نمودارها به این روش سودمند است زیرا دو نمودار روی هم گذاشته شده نشان می دهد که ترافیک در ناحیه تداخلی آزادانه جریان داشته است نمودار به کمک درونیابی خطی از شمارش ها در هر 20 ثانیه رسم شده اند.

بنابراین شیب هر نمودار مقدار جریان عبوری از شمارشگر x در فاصله های 20 ثانیه ای است.

البته مجموع وسایلی که در زمان t از شمارشگر x گذاشته اند در رسم این نمودارها استفاده شده است.

محوری عمودی است که N مجموع وسایل و q0 نرخی است که برای مقیاس کردن شکل استفاده شده و زمان است.

این طرز مقیاس کردن برای تشخیص رابطه چگالی و جریان با زمان لازم است زیرا کاهش دادن مجموع ها جزئیات را بدون تغییر دادن توده وسایل بزرگ می کند.

نمودارهای شکل 3 محل گلوگاه را مشخص می کند.

این نمودارها نشان می دهند که ترافیک در پائین است و در محل بخش 1 در ‌آ‌غاز در جریان آزاد بوده است و این شرایط بین شمارشگرهای 52 و 53 باقی می ماند ولی نمودارهای 51 و 50 پس از مدتی از نمودارهای پائین دست دور می شوند.

افزایش توده وسایل نقلیه که در بالا دست شمارشگر 52 رخ می دهد (در زمانی که شرایط جریان آزاد در پائین دست حکمفرما است) نشان می دهد که گلوگاه بین شمارشگرهای 51 و 52 شکل گرفته است (تقریباً در ساعت 6:52:40) افزایش فاصله بین نمودارهای 50 و 51 (که در ساعت 6:53:20 شروع می شود) زمان حرکت به عقب صف و رسیدن به شمارشگر 51 را نشان می دهد.

همچنین مشخص است که انتهای صف در ساعت 6:57 به شمارشگر 50 می رسد.

نمودارهای 50 و 51 تقریباً در این زمان موازی هم می شوند و این نشان می دهد که جریان در این نواحی بوسیله صف تحت فشار قرار گرفته است.

جزئیات بیشتر درباره صفوف به کمک شکل 4 بیان می شود که در آن نمودارهای مقیاس شده ای که از مشخصات بالا دست و پائین دست 5 ناحیه هاشور خورده رسم شده اند ارائه شده است (نمودارهای این شکل در امتداد افق منتقل نشده اند و بنابراین فاصله عمودی برابر است با مجموع وسایل نقلیه بین شمارشگرها و چگالی ها برابرند با این اعداد تقسیم بر فاصله بین شمارشگرها).

حرکت به عقب صفوف از الگوی جابجائی نمودارها مشخص است یعنی جدا شدگی ابتدا بین منحنی های 50 و 51 (در حدود 6:53) دیده می شود و در نهایت بین منحنی های 41 و 42 (در حدود 7:06) رخ می دهد.

نواحی هاشور خورده در این شکلها حدود دوره ای را که جریان و توده وسایل تغییری با زمان نمی کنند را نشان می دهد، یعنی نوسانات نشان داده شده در این بخشها انحراف بسیار کمی (حدود 20 وسیله) نسبت به خطوط بهینه (best-fit) دارند.

چگالی های اندازه گیری شده (نشان داده شده با k و با واحد veh/km) و جریان‌های (veh/m) مطابق با هر ناحیه هاشور خورده در شکل نشان داده شده اند.

جریان ها روند مکانی مورد انتظار را نشان می دهند یعنی از بخش 1 تا 5 کاهش می‌یابند.

طبیعتاً در بخشهای 2و3 استثنا در این روند رخ می دهند.

از آنجائیکه جدا شدگی بوسیله رمپ بین این بخشها وجود ندارد جریان متوسط در این 2 بخش یکسان است.

چگالی در هر بخش با تقسیم مجموع متوسط در ناحیه هاشور خورده بر فاصله بین شمارشگرها بدست می آید.

تفسیر در این باره توصیه می شود زیرا احتمال وجود خطا در برخی اندازه گیری ها وجود دارد.

اولاً شمارشگرها (به جز یکی در ایستگاه 49 که در مورد آن صحبت می کنیم) به خوبی تنظیم شده بودند.

با رسم چند منحنی در مجاورت شمارشگرها در فاصله بین شروع شکل گیری صف و پراکنده شدن احتمالی آن به این واقعیت دست پیدا کردیم.

پس از انتقال افقی آنها (مانند شکل 3) منحنی های مجاور تقریباً در پایان ساعت اوج دوباره به هم نزدیک شدند و فاصله عمودی باقیمانده بیش از 15 وسیله نقلیه نبود.

هرچند کم، این اندازه گیری (شمارش) ظاهری غلط ممکن است در طول زمان جمع شود.

برای کم کردن اثر چنین اشتباهاتی در اندازه گیری چگالی، اطلاعات ما از منحنی‌های تجمعی که در دراز مدت گرفته نشده بود استخراج شد.

شروع منحنی ها در مدت زمان کمی قبل از تشکیل صف است و همه اطلاعات در حدود 1 ساعت گرفته شدند.

متاسفانه شمارشگر واقع در خط شانه در ایستگاه 49 برحسب تصادف موفق به ضبط اطلاعات برای