تاریخ انتشار: 28 فروردین 1402
تاریخ ویرایش: آبان 10, 1402
نویسنده: modir1
No Comments

روش های کنترل تقاطعات چراغ دار

چکیده: زمان بندی مناسب چراغ های راهنمایی و رانندگی نقش بسیار موثری در تسهیل رفت و آمد در تقاطعات دارد. در این نوشته به معرفی برخی از روش های موجود برای زمان بندی تقاطعات پرداخته می شود.

زمان بندی چراغ های راهنمایی و رانندگی یکی از مسائل مهم و البته چالش برانگیز در حوزه حمل و نقل شهری می باشد. هدف از کنترل تقاطعات به وسیله چراغ ایجاد سهولت در رفت و آمد و همچنین ایمن بودن آن است. همچنین افزایش کارایی تقاطعات که می توان آن را با معیارهایی مانند زمان سفر، طول صف، تعداد توقف ها و حتی جریان عبوری از تقاطع اندازه گیری کرد، یکی دیگر از این اهداف است. در این مقاله قصد داریم به معرفی چند روش کلاسیک در مهندسی ترافیک برای تعیین زمان بندی مناسب برای تقاطعات بپردازیم.

روش وبستر (Webster):

برای یک تقاطع منفرد و ایزوله، برنامه زمانبندی چراغ راهنمایی و رانندگی معمولا شامل طول چرخه از پیش تعیین شده با فازبندی ثابت می باشد. روش وبستر روشی مرسوم برای محاسبه طول چرخه و فازبندی چراغ راهنمایی و رانندگی یک تقاطع است. با فرض یکنواخت بودن جریان ترافیک در یک بازه زمانی مشخص مانند (5 یا 10 دقیقه)، این روش دارای یک معادله با فرم بسته برای تعیین طول چرخه بهینه و زمانبندی فازها با هدف کمینه کردن زمان سفر تمام وسایل نقلیه عبوری از آن تقاطع است. محاسبه طول چرخه مطلوب به صورت زیر می باشد:

$\displaystyle {{C}_{{des}}}({{V}_{C}})=\frac{{N*{{t}_{L}}}}{{1-\frac{{{{V}_{C}}}}{{\frac{{3600}}{h}*PHF*\frac{V}{C}}}}}$

Cdes: طول سیکل مطلوب

N: تعداد فازها

t_L: زمان از دست رفته برای هر فاز که می تواند متناسب با زمان تمام قرمز و میزان افزایش و کاهش شتاب خودروها در نظر گرفته شود.

h: سرفاصله زمانی اشباع (کوچکترین بازه زمانی بین عبور خودروهای متوالی از یک نقطه)

PHF: فاکتور زمان اوج (برای ارزیابی تغییرات حجم ترافیک در در زمان اوج)

v/c: نسبت حجم به ظرفیت مطلوب (نشانگر میزان شلوغی تقاطع)

پارامترهای بالا معمولا بر حسب شرایط ترافیکی متفاوت اند و بر اساس تجربه و استانداردهای سازمان های مربوطه تعیین می شوند.

رابطه بالا تابعی از مجموع حجم های خطوط بحرانی تقاطع می باشد که در واقع نشان دهنده میزان شلوغی تقاطع است. در این رابطه $\displaystyle {{V}^{i}}_{C}$ بیانگر حجم خطوط بحرانی در فاز i می باشد. خطوط بحرانی آن دسته از خطوط وارد شونده به تقاطع هستند که دارای بیشترین نسبت جریان ترافیک به جریان ترافیک اشباع در آن فاز هستند که معمولا با طول صف نشان داده می شود.

$\displaystyle {{V}_{C}}=\sum\limits_{i}^{N}{{{{V}_{C}}^{i}}}$

پس از مشخص شدن طول چرخه، زمان سبز چرخه با توجه به نسبت حجم خطوط بحرانی هر فاز محاسبه می شود. $\displaystyle {{t}_{i}}$ و $\displaystyle {{t}_{j}}$ طول فازهای i و j می باشد.

$\displaystyle \frac{{{{t}_{i}}}}{{{{t}_{j}}}}=\frac{{{{V}_{c}}^{i}}}{{{{V}_{c}}^{j}}}$

روش ایجاد موج سبز (GreenWave):

روش وبستر برای محاسبه برنامه زمانی یک تقاطع کاربرد دارد. در حالیکه در صورت وجود چند تقاطع که در فاصله نزدیک به یکدیگر قرار گرفته اند، می بایست بین زمان بندی های آن ها یک هماهنگی ایجاد کرد. روش ایجاد موج سبز یکی از روش های کلاسیک در حوزه مهندسی حمل و نقل برای ایجاد هماهنگی ذکر شده است که با بهینه کردن زمان بندی چراغ های تقاطعات مجاور نسبت به یکدیگر می تواند تعداد توقف های خودروهایی که در یک جهت حرکت می کنند را کاهش دهد. این روش نیازمند آن است که طول چرخه تمام تقاطعات مجاور مشابه باشد که در واقع بزرگترین مقدار طول چرخه موجود در بین تقاطعات مد نظر است. آفست بین تقاطعات را می توان با استفاده از رابطه زیر به دست آورد.

$\displaystyle \Delta {{t}_{{i,j}}}=\frac{{{{L}_{{i,j}}}}}{v}$

L_i,j: طول مسیر بین تقاطع i و j

v: سرعت مورد انتظار خودروها در مسیر

چراغ های راهنمایی هوشمند (Actuated Control):

این روش درخواست برای زمان سبز توسط فاز فعال و سایر فازها را بررسی می کند و سپس با استفاده از قوانین تعیین شده، تصمیم به تغییر دادن فاز یا ادامه دادن فاز کنونی می گیرد. این درخواست ها در فاز کنونی و فازهای دیگر به صورت زیر تعریف می شود:

درخواست برای افزایش زمان سبز در فاز فعال زمانی اتفاق می افتد که طول فاز کنونی کمتر از حداقل زمان ممکن است یا یک خودرو در فاصله نزدیک با تقاطع در حال وارد شدن به آن می باشد. درخواست زمان سبز برای فازهای دیگر زمانی به وجود می آید که تعداد خودروهای منتظر در آن فازها از یک حد آستانه عبور کند.

در جدول شماره یک، نحوه تصمیم گیری این روش کنترل نشان داده شده است.

جدول 1: قوانین برای کنترل هوشمند

درخواست از سمت فاز فعال	درخواست از سایر فازها	تصمیم
بله	بله	کنترل کاملا خودکار: اگر طول فاز فعال بزرگتر از یک حد آستانه باشد، به فاز بعدی برو. در غیر این صورت این فاز را حفظ کن. کنترل نیمه خودکار: در همین فاز بمان.
بله	خیر	در همین فاز بمان.
خیر	بله	به فاز بعدی برو.
خیر	خیر	کنترل کاملا خودکار: در همین فاز بمان. کنترل نیمه خودکار: به فاز پیش فرض برو. (معمولا انتخاب زمان سبز برای مسیر اصلی می باشد.)

کنترل ترافیک خود تنظیم گر (Self-organizing Traffic Light Control):

این روش مانند روش کنترل کاملا هوشمند است با این تفاوت که برای پاسخ به تقاضای موجود، از قوانین بیشتری بهره می گیرد.

تفاوت آنها در تعریف درخواست از سوی فاز فعال است. البته هر دو به یک حداقل زمان سبز نیاز دارند. در کنترل تمام خودکار، درخواست از سوی فاز فعال زمانی ایجاد می شود که در مسیر وارد شونده به تقاطع یک خودرو وجود داشته باشد. در کنترل خود تنظیم گر، تنها زمانی که تعداد خودروهای نزدیک شونده به چراغ سبز بزرگتر از یک حد آستانه مشخص باشد که لزوما هم برابر با یک نیست، درخواست ایجاد خواهد شد.

قوانین مربوط به این روش در جدول شماره 2 نشان داده شده است.

جدول 2: قوانین برای SOTL

درخواست از سمت فاز فعال	درخواست از سمت سایر فازها	تصمیم
بله	بله	در همین فاز بمان.
بله	خیر	در همین فاز بمان.
خیر	بله	به فاز بعدی برو.
خیر	خیر	به فاز بعدی برو.

روش Max-pressure:

هدف این روش کاهش ریسک اشباع شدن بیش از حد است که این کار را با ایجاد تعادل بین طول صف شکل گرفته بین تقاطعات مجاور انجام می دهد. در واقع این روش به دنبال کمینه کردن فشار ایجاد شده توسط فازها بر روی تقاطع است.

مفهوم فشار را می توان تفاوت بین تعداد خودروهای وارد شونده به تقاطع با تعداد خودروهای خارج شونده از آن بیان کرد. مفهوم فشار فاز را هم می توان تفاوت طول صف در خطوط وارد شونده با خطوط خارج شونده دانست. در شکل زیر مفهوم فشار فاز با مثال نشان داده شده است.

کنترل تقاطع چراغدار — در این شکل مفهوم فشار فاز توضیح داده شده است. به عنوان مثال در شکل سمت چپ و برای فاز شمالی-جنوبی چهار خودرو در حال وارد شدن و دو خودرو در حال خارج شدن می باشند. طبق توضیحات داده شده، میزان فشار محاسبه شده برای این فاز برابر با 2 است.

نحوه عملکرد این روش توسط الگوریتم زیر ارائه شده است. همانگونه که مشخص است، این الگوریتم فاز با بیشترین فشار موجود را انتخاب می کند و به عنوان فاز بعدی آن را به مدت t_min فعال می کند.

منبع:

Wei, H., Zheng, G., Gayah, V., & Li, Z. (2019). A survey on traffic signal control methods. arXiv preprint arXiv:1904.08117.‏

Vous devez être connecté pour noter

نویسنده:

برچسب ها: Actuated Control, traffic signal control, اشباع شدن, تقاطعات چراغ دار, چراغ راهنمایی هوشمند, حداقل زمان سبز, روش وبستر, طول چرخه, طول صف, فشار فاز, کنترل ترافیک, کنترل تقاطع چراغ دار, کنترل هوشمند, موج سبز, هماهنگ کردن تقاطعات مجاور

لینک کوتاه: