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

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.