تعیین نوع بهینه تقاطع غیرهمسطح با استفاده از الگوریتم انبوه ذرات (PSO)

به نام خالق یکتا
2301240-15557500-1183640358140موسسه آموزش عالي عمران و توسعه
(غير انتفاعي – غير دولتي)
00موسسه آموزش عالي عمران و توسعه
(غير انتفاعي – غير دولتي)

دانشکده فنی و مهندسی
گروه مهندسی عمران
پایان نامه:
براي دريافت درجه كارشناسي ارشد در رشته مهندسی عمران گرایش راه و ترابری
عنوان:
تعیین نوع بهینه تقاطع غیرهمسطح با استفاده از الگوریتم انبوه ذرات (PSO)
استاد راهنما:
دکتر سعید سعیدی جم
استاد مشاور:
دکتر علی اصغر گهرپور
پژوهشگر:
حمیدرضا صادقیان
زمستان 1393
تقدیم به:
خدایی که آفرید
جهان را ، انسان را ، عقل را ، معرفت را ، عشق را
و به کسانی که عشقشان را در وجودم دمیدند
نهال را باران باید، تا سیرابش کند از آب حیات و آفتاب باید تا بتاباند نیرو را و محکم کند شاخه های تازه روییده را؛ بسی شایسته است از اساتید فرهیخته و فرزانه‏ام جناب آقای دکتر سعید سعیدی جم و استاد بزرگوارم جناب آقای دکتر علی اصغر گهرپور،آموزگارانی که برایم زندگی؛ بودن و انسان بودن را معنا کردند تقدیر و تشکر نمایم.
چکیده:
امروزه با افزایش تعداد وسایل نقلیه،تقاطعهای همسطح دچار مشکلات بسیاری هستند.راهکارهای متفاوتی برای رفع این مشکل وجود دارد که در حال حاضر تبدیل تقاطع همسطح به تقاطع غیرهمسطح بسیار مورد توجه مهندسین قرار گرفته است.اما مدلی که با در نظر گرفتن عوامل مختلف تقاطع غیرهمسطح بهینه را تعیین کند،وجود ندارد و نیاز به چنین مدلی کاملاً احساس میگردد.دراین تحقیق سعی شده است تا مدلی برای انتخاب نوع بهینه تقاطع غیرهمسطح با در نظر گرفتن عوامل مؤثر ارائه گردد. .تقاطعهای مورد بررسی در این تحقیق، تقاطعهای جهتی، شبدري کامل، نیمه شبدري، تکنقطهاي و لوزي میباشند که با استفاده از نرمافزار AIMSUN شبیهسازي میشوند.پارامترهای درنظر گرفته شده براي هر کدام از تقاطعها، میزان تولید آلایندههاي هوا، میزان مصرف سوخت و زمان سفر میباشند. مقدار پارامترهاي ذکر شده از خروجیهاي نرمافزار AIMSUN به دست میآیند و سپس تمامی آنها به هزینه تبدیل میگردند. سپس با استفاده از الگوریتم انبوه ذرات ( PSO) ادامهي پژوهش انجام میگیرد که این الگوریتم برای احجام ترافیکی 1000 ، 3500 و 6500 وسیله نقلیه در ساعت،به ترتیب تقاطعهای غیرهمسطح جهتی ،لوزی و تکنقطهای را به عنوان تقاطع غیرهمسطح بهینه ارائه نموده است.
واژههای کلیدی: تقاطع غیرهمسطح ،اولویتبندی ،الگوریتم انبوه ذرات (PSO)
فهرست مطالب
مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..1
TOC o “1-4” h z u فصل 15
1-1- معرفی انواع تقاطعها PAGEREF _Toc410919095 h 71-1-1- انواع تقاطعهای همسطح PAGEREF _Toc410919096 h 71-1-2- انواع تقاطعهای غیرهمسطح PAGEREF _Toc410919097 h 91-2- مروری بر پژوهشهای گذشته PAGEREF _Toc410919098 h 161-2-1- روش واتلورث و اینگرام در انتخاب تقاطع غیرهمسطح PAGEREF _Toc410919099 h 161-2-2- روش مولینازی و ساترلی در انتخاب تقاطع غیرهمسطح PAGEREF _Toc410919100 h 161-2-3- روش اسمیت و گاربر در انتخاب تقاطع غیرهمسطح PAGEREF _Toc410919101 h 181-2-4- روش سید کمال سید حسین در انتخاب تقاطع غیر همسطح PAGEREF _Toc410919102 h 191-2-5- اولویتبندي عوامل مؤثر بر انتخاب تقاطعهای غیرهمسطح توسط شهاب حسن پور PAGEREF _Toc410919103 h 231-2-6- روش آرین امیرامجدی در انتخاب تقاطع غیرهمسطح PAGEREF _Toc410919104 h 28فصل 2312-1- مقدمه PAGEREF _Toc410919106 h 332-2- معرفی نرمافزار شبیهسازی PAGEREF _Toc410919107 h 342-3- عوامل مؤثر بر انتخاب نوع بهینه تقاطعهای غیرهمسطح PAGEREF _Toc410919108 h 382-3-2- منابع آلاینده هوا PAGEREF _Toc410919109 h 432-3-3- زمان سفر PAGEREF _Toc410919110 h 452-3-4- سوخت PAGEREF _Toc410919111 h 452-4- مدلسازی تقاطعهای غیرهمسطح PAGEREF _Toc410919112 h 462-4-1- پارامترهاي ترافيكي PAGEREF _Toc410919113 h 462-4-2- مشخصات فنی خودروها PAGEREF _Toc410919114 h 472-4-3- مدلسازی PAGEREF _Toc410919115 h 482-4-4- خروجیهای نرمافزار PAGEREF _Toc410919116 h 492-4-5- یکسان سازی واحد پارامترهای زمان سفر،آلایندهها و سوخت PAGEREF _Toc410919117 h 492-4-5-1- هزینهی زمان سفر PAGEREF _Toc410919118 h 492-4-5-2- هزینهی تولید آلایندههای هوا PAGEREF _Toc410919119 h 512-4-5-3- هزینهی سوخت PAGEREF _Toc410919120 h 532-5- معرفی الگوریتم انبوه ذرات PAGEREF _Toc410919121 h 532-5-1- متغیرهاي مستقل و وابسته پژوهش PAGEREF _Toc410919122 h 542-5-1-1- متغیرهاي وابسته تحقیق PAGEREF _Toc410919123 h 552-5-1-2- متغیرهاي مستقل تحقیق PAGEREF _Toc410919124 h 552-5-2- تعریف مدل و تابع هدف مسئله PAGEREF _Toc410919125 h 552-5-3- محدودیت مسئله PAGEREF _Toc410919126 h 562-5-4- کدگذاري و شيوه نمايش جوابها PAGEREF _Toc410919127 h 562-5-5- روندنمای الگوريتم انبوه ذرات PAGEREF _Toc410919128 h 582-5-5-1 محاسبه ی مقدار برازندگی PAGEREF _Toc410919129 h 602-5-3-2- انتخاب Pbest و Gbest PAGEREF _Toc410919132 h 612-5-3-3- ضرایب یادگیری PAGEREF _Toc410919133 h 612-5-4- نحوهی پیادهسازی الگوریتم انبوه ذرات PAGEREF _Toc410919134 h 622-5-4-1- نحوه کدنویسی PAGEREF _Toc410919135 h 632-5-4-2- نحوه پیادهسازی PAGEREF _Toc410919136 h 64فصل 3653-1- مقدمه PAGEREF _Toc410919138 h 673-2- خروجیهای نرمافزار PAGEREF _Toc410919139 h 673-3- معادلات مربوط به پارامترهای زمان سفر و میزان آلاینده و سوخت PAGEREF _Toc410919140 h 763-4- معادلات زمان سفر PAGEREF _Toc410919141 h 763-5- معادلات میزان تولید آلاینده PAGEREF _Toc410919142 h 763-6- معادلات میزان مصرف سوخت PAGEREF _Toc410919143 h 773-7- محاسبهی محدودیتهای مسئله PAGEREF _Toc410919144 h 773-8- نتایج اجرای الگوریتم انبوه ذرات PAGEREF _Toc410919145 h 783-9- اعتبار سنجی مدل PAGEREF _Toc410919146 h 823-10- نتیجهگیری کلی PAGEREF _Toc410919147 h 833-11- پیشنهادات PAGEREF _Toc410919148 h 84پیوست 185پیوست 293پیوست 399منابع و مراجع …………………………………………………………………………. ………………………………………………………….105
فهرست شکلها
TOC h z t “شکل” c شکل 1-1 تقاطع سه راهی T و Y شکل PAGEREF _Toc416512547 h 7شکل 1-2 تقاطع سه راهی T و Y شکل اصلاح شده PAGEREF _Toc416512548 h 8شکل 1-3 تقاطع چهار راهی اصلاح شده PAGEREF _Toc416512549 h 8شکل 1-4 فلکه PAGEREF _Toc416512550 h 9شکل 1-5 تقاطع غیر همسطح لوزی PAGEREF _Toc416512551 h 10شکل 1-6 تقاطع غیر همسطح تکنقطهای PAGEREF _Toc416512552 h 11شکل 1-7 تقاطع غیر همسطح شیپوری PAGEREF _Toc416512553 h 12شکل 1-8 تقاطع غیر همسطح شبدری کامل PAGEREF _Toc416512554 h 13شکل 1-9 تقاطع غیر همسطح نیمه شبدری PAGEREF _Toc416512555 h 14شکل 1-10 تقاطع غیر همسطح جهتی PAGEREF _Toc416512556 h 15شکل 1-11 اولویتبندي پارامترهاي مؤثر بر انتخاب نوع بهینه تقاطع غیرهمسطح PAGEREF _Toc416512557 h 27شکل 2-1 روندنمای پژوهش PAGEREF _Toc416512558 h 33شکل 2-2 محیط نرمافزار ایمسان PAGEREF _Toc416512559 h 37شکل 2-3 میزان تأثیرگذاری سه عامل مورد بررسی بر انتخاب گزینه برتر تقاطع غیرهمسطح PAGEREF _Toc416512560 h 41شکل 2-4 مقایسه سهم منابع آلاینده های هوا PAGEREF _Toc416512561 h 44شکل 2-5 سهم گروههاي مختلف سيستم حمل و نقل در آلودگي منتشره از منابع متحرك در هواي تهران PAGEREF _Toc416512562 h 44شکل 2-6 تقاطع غیرهمسطح جهتی در نرمافزار ایمسان PAGEREF _Toc416512563 h 48شکل 2-7 هزینه خسارات ناشی از آلایندههاي مختلف هوا در ایران ( گزارش بانک جهانی 2006 (EER, PAGEREF _Toc416512564 h 52شکل 2-8 روندنمای الگوریتم انبوه ذرات PAGEREF _Toc416512565 h 59شکل 2-9 شبه کد الگوریتم انبوه ذرات PAGEREF _Toc416512566 h 61شکل 2-10 روندنمای اجرای مراحل تحلیل PAGEREF _Toc416512567 h 62شکل 3-1 نمودار میزان تولید آلاینده- حجم ترافیکی برای تقاطع غیرهمسطح تکنقطهای PAGEREF _Toc416512568 h 68شکل 3-2 نمودار میزان تولید آلاینده- حجم ترافیکی برای تقاطع غیرهمسطح شبدری کامل PAGEREF _Toc416512569 h 68شکل 3-3 نمودار میزان تولید آلاینده- حجم ترافیکی برای تقاطع غیرهمسطح نیمه شبدری PAGEREF _Toc416512570 h 69شکل 3-4 نمودار میزان تولید آلاینده- حجم ترافیکی برای تقاطع غیرهمسطح جهتی PAGEREF _Toc416512571 h 69شکل 3-5 نمودار میزان تولید آلاینده- حجم ترافیکی برای تقاطع غیرهمسطح لوزی PAGEREF _Toc416512572 h 70شکل 3-6 نمودار میزان مصرف سوخت- حجم ترافیکی برای تقاطع غیرهمسطح تکنقطهای PAGEREF _Toc416512573 h 70شکل 3-7 نمودار میزان مصرف سوخت- حجم ترافیکی برای تقاطع غیرهمسطح شبدری کامل PAGEREF _Toc416512574 h 71شکل 3-8 نمودار میزان مصرف سوخت- حجم ترافیکی برای تقاطع غیرهمسطح نیمه شبدری PAGEREF _Toc416512575 h 71شکل 3-9 نمودار میزان مصرف سوخت- حجم ترافیکی برای تقاطع غیرهمسطح جهتی PAGEREF _Toc416512576 h 72شکل 3-10 نمودار میزان مصرف سوخت- حجم ترافیکی برای تقاطع غیرهمسطح لوزی PAGEREF _Toc416512577 h 72شکل 3-11 نمودار زمان سفر- حجم ترافیکی برای تقاطع غیرهمسطح تکنقطهای PAGEREF _Toc416512578 h 73شکل 3-12 نمودار زمان سفر- حجم ترافیکی برای تقاطع غیرهمسطح شبدری کامل PAGEREF _Toc416512579 h 73شکل 3-13 نمودار زمان سفر- حجم ترافیکی برای تقاطع غیرهمسطح نیمه شبدری PAGEREF _Toc416512580 h 74شکل 3-14 نمودار زمان سفر- حجم ترافیکی برای تقاطع غیرهمسطح جهتی PAGEREF _Toc416512581 h 74شکل 3-15 نمودار زمان سفر- حجم ترافیکی برای تقاطع غیرهمسطح لوزی PAGEREF _Toc416512582 h 75شکل 3-16 نمودار تقاطع غیرهمسطح جهتی به عنوان تقاطع غیرهمسطح بهینه در حجم ترافیک 1000 وسیله نقلیه در ساعت PAGEREF _Toc416512583 h 79شکل 3-17 نمودار تقاطع غیرهمسطح لوزی به عنوان تقاطع غیرهمسطح بهینه در حجم ترافیک 3500 وسیله نقلیه در ساعت PAGEREF _Toc416512584 h 80شکل 3-18 نمودار تقاطع غیرهمسطح تکنقطهای به عنوان تقاطع غیرهمسطح بهینه در حجم ترافیک 6500 وسیله نقلیه در ساعت PAGEREF _Toc416512585 h 81
فهرست جداول
TOC h z t “جدول” c جدول 1-1 مقایسه خصوصیات انواع مختلف تبادلها PAGEREF _Toc416512824 h 24جدول 1-2 مروری بر پژوهشهای گذشته PAGEREF _Toc416512825 h 30جدول 2-1 سهم وسایل نقلیه شمارهگذاری شده در شهر تهران PAGEREF _Toc416512826 h 47جدول 2-2 شکل شماتيک يک مثال از مساله انتخاب نوع بهینه تقاطع غیرهمسطح PAGEREF _Toc416512827 h 58جدول 3-1 واریانس جوابهای حاصل از الگوریتم انبوه ذرات PAGEREF _Toc416512828 h 82
مقدمه
مقدمه:
با افزایش جمعیت و به تبع آن رشد تقاضاي سفر، مدیران حمل ونقل با چالش فرایند انتقال ایمن و کارآمد انسان و کالا با توجه به محدودیتهاي تملک اراضی و بودجه مواجه میباشند،که بویژه درآزادراهها و راههاي پرتراکم واقع در نواحی شهري و برونشهري که امکان افزایش ظرفیت راه وجود ندارد، ایجاد ازدحام سبب افزایش زمان سفر و کاهش ایمنی و در نتیجه شرایط غیرقابل تحمل براي راننده میشود. در سالهاي اخیر تبدیل تقاطعهاي همسطح به غیرهمسطح به عنوان یک راه حل امید بخش در مدیریت مؤثر تقاطعها با توجه به زیرساختهاي موجود مورد توجه قرار گرفته است که کاربرد این تبدیل منافع بالقوهاي مانند بهبود زمانهاي سفر،کاهش آلایندههاي زیست محیطی، ذخیرهي سرمایه در بلند مدت و کاهش در مصرف سوخت را فراهم میکند. در سال 1972 میلادی واتلورث و اینگرام براي ارزیابی ترافیکی هر یک از گزینه ها، ظرفیت ساعت اوج آنها را با استفاده از یک مدل خطی محاسبه کردهاند. عضوي از تقاطع که تحت تأثیر حجم ماکزیمم بوده و شرایط بحرانیتري دارد شناسایی شده و در مرحله بعدي افزایش ظرفیت می یابد تا مدل مناسب نتیجه شود. در سال 1973 مولینازی و ساترلی مقایسه تقاطع هاي غیر همسطح را از طریق سطح سرویس، ایمنی، انعطافپذیري طول و تعداد خطوط مناطق همگذري ،زمان سفر، و فاکتورهاي اجتماعی بر روي تقاطعهاي غیرهمسطح انجام دادهاند. در سال 1977 اسمیت و گاربر بر اساس پارامتر ایمنی دو تقاطع غیرهمسطح لوزي و تکنقطهاي را با هم مقایسه کردند.
تعریف مسأله:
یکی از راهکارهایی که جهت بهبودبخشی وضعیت تقاطع موجود مد نظر مهندسین قرار میگیرد اصلاح طرح هندسی، اعمال محدودیتهاي ترافیکی و غیره میباشد که در ردیف راه حلهاي کم هزینه قرار میگیرند. در صورتی که اینگونه راهکارها نتواند مشکل ترافیکی تقاطع را حل نماید راه حل دیگري که همان تبدیل تقاطع همسطح به تقاطع غیرهمسطح میباشد مد نظر قرار میگیرد. با توجه به تنوع زیاد انواع تقاطعهاي غیرهمسطح و حوزه عملکرد هریک از آنها و نیز هزینههاي متفاوت اقتصادي آنها گزینههاي متفاوتی براي انتخاب نوع تقاطع غیرهمسطح وجود دارد. در کشور ما نیز هنگامیکه یک تقاطع همسطح به یک تقاطع غیرهمسطح تبدیل میشود هیچگونه معیاري براي انتخاب بهینهي تقاطع غیرهمسطح وجود ندارد . وجود مدلی که بتواند عواملی همچون عوامل ترافیکی ،

Author:

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *