شبیه ساز میکروسکوپی

-معرفی :
AIMSUN (شبیه ساز میکروسکوپی عملکردی برای شبکه های شهری و غیر شهری) [BAR94] ، شبیه ساز ترافیکی میکروسکوپی می باشد که می تواند شامل شبکه های ترافیکی متفاوتی باشد . شبکه های شهری ، آزادراهها ، بزرگراه ها ، کمربندی ها ، راه های شریانی و ترکیبی از آن ها ، به عنوان یک ابزار

برای آنالیز ترافیکی برای کمک به مهندسین ترافیک در سیستم های آنالیز و طراحی ترافیک ، طراحی و ساخته شده است . به اثبات رسیده است که این برنامه برای بسیاری از سیستم های کنترل ترافیک جدید و برنامه های مدیریتی مفید و کارا بوده است که چه بر پایه ی تکنولوژی سنتی و چه بر اساس اجرای سیستم های حمل و نقل هوشمند امتحان شده است .

AIMSUN می تواند سیستم های کنترل ترافیک سازگار مثل SCATS ، VS-PLUS و C-Regelaar را شبیه سازی کند همچنین می تواند در زمینه های حقیقی سازی اتومبیل ها ، سیستم های کنترلی که به حمل و نقل عمومی سرویس می دهد ، سیستم های مدیریتی حمل و نقل پیشرفته (با استفاده از VMS ، استراتژی های کاهش میزان ترافیک ، سیاست های اجرای شبیراهه ها و … )، سیستم های هدایت و راهنمایی اتومبیل ها ، زمان بندی اتومبیل های حمل ونقل و سیستم های کنترلی و نمایش آن ها بر روی تاثیرات محیطی از لحاظ آلودگی هوا ومنابع انرژی ، مورد استفاده ی گسترده قرار می گیرد .

AIMSUN از شیوه و رویکرد شبیه سازی میکروسکوپی تبعیت می کند . این بدان معناست که رفتار هر وسیله ی نقلیه در شبکه ، به طور پیوسته از دوره ی زمانی شبیه سازی در مدتی که در شبکه ی ترافیکی سفر می کند بر طبق مدل های رفتاری اتومبیل های مختلف مدل سازی شده است (برای مثال ، جریان اتومبیل ها ، تغییرات ردیف ها) . AIMSUN شبیه سازی ترکیبی از مسائل پیوسته و ناپیوسته می باشد . این بدان معناست که تعدادی از عناصر سیستم (اتومبیل ها ، تابلوهای راهنمایی ) که وضعیتشان در طول مدت شبیه سازی به طور پیوسته تغییر می کند به وقفه های زمانی ثابت کوتاه تقسیم بندی می

شوند که به آنها سیکل های شبیه سازی می گویند . عناصر دیگری وجود دارند(سیگنال های ترافیکی ، نقاط ورودی) که وضعیتشان در نقاط خاصی از زمان شبیه سازی به طور ناپیوسته تغییر می کند . سیستم به طور گسترده و در سطح بالایی از شبکه های حمل و نقلی ، تشخیص بین انواع مختلف از اتومبیل ها و راننده ها ، ناتوانی های شبکه ، بازه ی گسترده ای از ژئومتری شبکه و … مدلسازی می کند . بسیاری از تجهیزات ترافیکی که در یک شبکه ی ترافیکی واقعی موجود می باشند در AIMSUN به صورت مجازی مدلسازی شده اند :

چراغ های راهنمایی ، تابلوهای راهنمایی ، تابلوهای پیغام دهنده ی الکترونیکی ،ابزارهای اندازه گیری شیبراهه ها و … ، دادههای ورودی که به AIMSUN داده می شود یک سناریوی شبیه سازی و یک سری پارامترهای شبیه سازی که آزمایشات را تشریح می کند ، می باشد . سناریو به چهار نوع داده طبقه بندی می گردد :
توزیعات شبکه ، نقشه های کنترل ترافیکی ،داده های نیاز ترافیکی و نقشه های حمل و نقل عمومی ، پارامترهای شبیه سازی ، مقادیر ثابتی می باشند که آزمایش را تشریح می کنند (زمان شبیه سازی ، دوره ی افزایش گرما ، وقفه های آماری و …) و برخی پارامترهای متغیر برای کالیبره کردن مدل ها به کار برده می شوند (زمان های عکس العمل ، مناطق تغییر صف و ردیف و …)
خروجی ها که به وسیله ی AIMSUN صادر می گردند بازنمایی گرافیکی پیوسته ای از اجرای شبکه ی ترافیکی به صورت های دو و سه بعدی ، داده های خروجی آماری (جریان ، سرعت ، زمان های سفر ، تاخیرات ، زمان های توقف) و داده هایی که با راهنمایی شبیه سازی شده جمع بندی می شوند (شمارشگر ها ، سکونت ها و سرعت ها ) می باشند .
۱-۱- AIMSUN و AIMSUN NG :

اين اطلاعات به طور عمده AIMSUN را پوشش مي دهند ، شبيه ساز ترافيكي كه در محيط هاي حمل و نقلNG AIMSUN جديد به وسيله ي TSS جمع بندي گرديده است . نكته ي قابل توجه اين است كه هر دو محصول نام يكساني دارند . محيط اطراف در شبيه سازي هميشه NG AIMSUN خوانده خواهد شد ولي AIMSUN تنها يك شبيه ساز مي باشد .
به راهنماي NG AIMSUN براي اطلاعات در مورد محيط اطراف و ديگر ابزارهاي موجود در آن بنگريد . شكل شماره ي ۱ مجموعه اي از AIMSUN با محيط NG AIMSUN را نشان مي دهد .

۲-۱- ۰ . ۵ AIMSUN در مقابل ۲ . ۴ AIMSUN :
تفاوت اساسي در اين دوسري از GETRAM محيط نرم افزاري آنها مي باشد . گرچه در ۰ . ۵ AIMSUN ها برخي اصلاحات و تغييرات را براي مدل هاي ترافيكي نيز به وجود آورده ايم . در بسياري از سري هاي عمده ي شبيه سازي ، يك كاليبراسيون مجدد از شبكه ي GETRAM سري ۲ . ۴ براي دستيابي به نتايج مشابه با سري هاي پيشين لازم مي باشد .

ما پيشنهادي مي دهيم كه در صورت عدم ايجاد مشكلي در كاليبراسيون مجدد ، از سري جديد AIMSUN استفاده شود (اين مشكل مي تواند در انتهاي پروژه ويا در اولين گام ها از وضعيت هاي جديد ه وجود آيد) .
تغييرات اساسي كه در ۰ . ۵ AIMSUN نسبت به ۲ . ۴ AIMSUN موجود مي باشد به قرار زير است .
گام هاي شبيه سازي جديد :

پارامتر گام هاي شبيه سازي مي تواند پارامتر زمان عكس العمل متفاوت باشد . مقادير دربازه ي ۱ .۰ تا ۰ .۱ ثانيه قابل قبول خواهند بود .
زمان عكس العمل متغيرها :
پارامتر زمان عكس العمل مي تواند ثابت (مساوي با گام هاي شبيه سازي در سري ۲ . ۴) يا متغير (تركيبي از گام هاي شبيه ساز) باشد . در حالت ثابت ، براي تمامي اتومبيل ها مقاديري برابر خواهد داشت . در حالت متغير ، كاربر مي تواند يك تابع آماري ناپيوسته براي هر نوع اتومبيلي تعريف كند . زمان عكس العمل براي هر اتومبيل جداگانه اي از اين توزيعات تبعيت خواهند كرد .

زمان عكس العمل توقف در متغيرها :
پارامتر زمان عكس العمل در توقف مي تواند در روش مشابه براي پارامتر زمان عكس العمل ثابت يا متغير باشد . در بررسي يك فاصله ، نه تنها اتومبيل هاي موافق جريان بلكه اتومبيل هاي خلاف جريان نيز در مقاطع موجود مي باشند ، حتي در حالتي كه تقاطعي بين هر دو مقطع نيز وجود داشته باشد چنين چيزي به چشم مي خورد . اين براي بالا بردن سطح كيفيت شبيه سازها مفيد خواهد بود . اين عملكرد در سري ۱ . ۵ AIMSUN تغيير كرده است .
تقاطعات درون منطقه اي :
مناطق مورد بررسي كه در ميان تقاطعات به وجود آمده اند درمحاسبات مناطق برخورد مسيرها در چهارراه ها به حساب آورده مي شوند و بنابراين شبيه سازي در اين زمينه نيز اصلاح و سطح آن ارتقاء يافته است . اين موضوع در حفاظ هاي گردش به چپ شبيه سازي شده در AIMSUN مفيد واقع شده است .
مدل هاي برخورد در تقاطعات :
مدلسازي برخورد در تقاطعات به منظور واقعيت بخشيدن به موضوع برخورد اتومبيل ها در تقاطعات اصلاح شده است . اين موضوع براي شبيه سازي اتومبيل هاي بسيار بلند مانند ترامواها و كاميون هاي بلند مفيد مي باشد .
استراتژي هاي جريان :
استراتژي هاي جريان به عنوان يك ميانگين ازداده هاي آماري بر حسب چرخش در مقاطع محاسبه نمي گردد (مانند سري ۲ . ۴) بلكه با استفاده از داده هايي كه از هر اتومبيل كه از مقاطع ورودي به مقاطع خروجي حركت مي كنند جمع آوري شده اند و مورد استفاده قرار مي گيرند .

۳-۱-تغييرات جديد در ۱ . ۵ AIMSUN :
بعلاوه ي اصلاحاتي كه در AIMSUN سري ۰ . ۵ صورت گرفته است ، اصلاحات و تغييرات زير نيز در AIMSUN سري ۱ . ۵ انجام شده است .
ويرايش گره هاي پيشرفته :
تجسم ، تغيير و اصلاح وروديها در چرخش ها و مناطق جريان هاي خلاف گره ها .
رنگ بندي اتومبيل هاي در حال چرخش :
اتومبيل هاي در حال چرخش با رنگ هاي متفاوت نشان داده شده اند ، حتي زماني كه آنها مايل به يافتن مسيرهاي جديدي باشند رنگشان تغيير مي كند .
مدل ديد از مقابل :
اينك اتومبيل ها قادر به پيش بيني دو چرخش پيش روي خود براي انتخاب رفتاري رديف ها خواهند بود كه اين عمل با حدس ميزان مسير همراه خواهد بود .
مسافت ديد براي Give way :
بخش مسافت ديد اينك نسبت به بخش هاي پيشين خود با بررسي حركت اتومبيل هايي كه از جانب مخالف نيز در جريان هستند ، گسترش يافته است .
افزايش ديد از مقابل درمدل Give way :
در بررسي يك فاصله ، اتومبيل هاي درجهت جريان نه تنها در بخش هاي بررسي جريان موافق بلكه در بررسي جريان هاي حركت روبرو نيزبا طول ديد از مقابل ۱۰۰ متر بررسي مي گردند .
انيميشن با كيفيت بالاتر :
بااستفاده از ريز وقفه ها و فركانس هاي دوره اي –كسري تصوير و انيميشن ها با كيفيت بالاتري ارائه گرديده اند .

كنترل بهتر بر توليد اتومبيل :
گزينه هاي مقاصد ورودي بيشتر مثل هر مركز ثقلي و يا مقطعي با يك مدل توزيع ويژه موجب شده است كه ما بتوانيم شرايط ترافيكي بيشتري را شبيه سازي كنيم .
الگوهاي تابلوهاي آشكار ساز :
الگو تابلوهاي آشكار ساز با مهيا كرن شناخت عملكردهاي آشكار سازي براي نقشه هاي كنترل سيگنال ها مفيد واقع گرديده اند .
مفاهيم نمايش اتومبيلها :
همينك نمايش انيميشني دو بعدي با تابلوهاي راهنمايي كه در زمان چرخش اتومبيل ها و يا تغيير مسير آنها فعال مي شوند همچنين چراغ هاي ترمزي كه در زمان ترمز اتومبيل ها روشن مي گردند ، گسترش يافته اند .
LOS تقاطع ها :
اينك اين امكان وجود دارد كه سطح سرويس (LOS) در يك تقاطع بر حب متادولوژي ظرفيت بزرگ راه ها نمايش داده شود .
افزايش ميزان خطرنماها :
علاوه بر چراغ هاي راهنمايي ، افزايش تعداد خطر نماها به صورت نمايش سه بعدي صورت گرفته است .
۴-۱-روند شبيه سازي :
منطق روند شبيه سازي در AIMSUN درشكل شماره ي ۲ به نمايش درآمده است . اين مساله با روند شبيه سازي دو شاخه اي در تركيب با جدول زمان بندي با اسكن فعاليت ها قابل توجيه مي باشد . درهر وقفه ي زماني (گام هاي شبيه سازي) ، دوره ي شبيه سازي ليست جدول زمان بندي اتفاقات غير شرطي را بازنگري مي كند . در فلوچارت موجود ، خانه ي «update control» اين گام را اجرا مي كند . پس از اين روند ، يك سري از حلقه ها شروع به بازنگري ورودي هاي (مسيرها و تقاطعات)و اتومبيل ها در مدل مي كنند . زماني كه آخرين گزينه نيز بازنگري گرديد ، شبيه ساز موارد باقيمانده را مانند ورود اتومبيل هاي جديد ، جمع آوري داده هاي جديد و … اجرا خواهد كرد .
بر طبق نوع شبيه سازي ، اتومبيل هاي جديد بر طبق شيوه ي توليد جريان به درون شبكه وارد مي شوند (براي مثال توزيعات بزرگ راهي) . در اين حالت ، روند شبيه سازي ، شامل محاسبات اوليه اي از مسيرهاي عبوري از هر بخش به هر مقصد بر طبق معيار مقادير اتصال ارائه شده توسط كاربر خواهد بود .
شكل شماره ي ۳ روند شبيه سازي براي مدل پايه اي مسسير را نشان مي دهد . در اين حالت ، مولفه ي كوتاهترين مسير ، كوتاه ترين مسير برطبق زمان سفر جديد را به وسيله ي شبيه ساز محاسبه مي كند و يك مدل فرض مسير براي اتومبيل ها در اين مسير در طول وقفه هاي زماني معين ارائه مي گردد . اتومبيل ها اين مسير فرضي را از مقصد تا مبداء در زمان توليد مي پيمايند .
۵-۱-شرايط داده ها ورودي :
شبيه سازي ميكروسكوپي با بررسي سطح فوق العاده بالايي از جزئياتي كه سيستم مدل شده است ، مشخص گرديده است .كيفيت مدل به شدت به در دسترس بودن و درستي داده هاي ورودي وابسته مي باشد . بنابراين ، كاربر بايستي آگاه باشد كه براي ساخت يك مدل مناسب AIMSUN داده ها با مشخصات زير فراهم باشند :
۱-۵-۱-
مدل شبكه ي ترافيكي AIMSUN تركيبي از يك سري از مسيرها مي باشد (اتصال يك طرفه) كه هر يك به گروههايي اتصال پيدا كرده اند (تقاطعات) كه ممكن است حالات مختلفي از رفت و آمدهها را به وجود بياورند . براي ساخت مدل شبكه ، داده هاي ورودي زير مورد نياز مي باشند :
• نقشه ي منطقه ، ترجيحاً نقشه اي ديجيتالي با پسوند DXF .
• جزئيات تعداد رديف ها براي هر بخش شامل رديف هاي موجود و رديف هاي جانبي
• حركات چرخشي ممكن براي هر تقاطع شامل جزئياتي در مورد رديف هايي از هر چرخش
• محدوديت هاي سرعت براي هر بخش و همچنين سرعت هاي مجاز چرخش در هر تقاطع
• تابلوهاي راهنما : ظرفيت اندازه گيري و موقعيتي
• تابلوهاي پيغام دهنده متغير : موقعيت و امكان پيغام هاي ارائه شده .
۲-۵-۱-داده هاي نياز ترافيكي :
داده هاي نياز ترافيكي به دو روش مختلف مي توانند تعرف شوند :
• با جريان هاي ترافيكي در بخش هاي مختلف
• با ماتريس O/D
بسته به نوع مدل انتخاب شده ، داده هاي ورودي زيربايستي موجود باشد .
۱-جريان هاي ترافيكي :
• نوع اتومبيل ها و ويژگي هاي آنها
• طبقه بندي چرخش در تمامي بخش ها براي هر كدام از انواع اتومبيل ها
۲-ماتريس O/D :
• تعريفات مراكز ثقل : منابع ترافيكي و سينك ها
• نوع اتومبيل ها و ويژگي هاي آنها
• طبقه بندي اتومبيلها (براي رديف هاي موجود)
• تعداد سفرهاي انجام شده از هر مبداء به هر مقصدي
۳-۵-۱-كنترل ترافيك :
AIMSUN انواع مختلفي از كنترل ترافيك را به حساب مي آورد :
سيگنال هاي ترافيكي ، تابلوهاي راهنماي مسير و نمايانگر شيبراهه ها .
اولين و دومين نوع براي گره هاي تقاطعات مورد استفاده قرار مي گيرند . در حالي كه سومين نوع براي مقاطعي است كه در گره ها خاتمه پيدا مي كنند . داده هاي ورودي كه براي كنترل ترافيك به كار مي روند به قرار زيراند :
• تقاطعات مجهز به سيگنال : مكان سيگنال ها ، گروه سيگنال هايي كه حركات چرخشي دسته بندي شده دارند ، توالي فازها و براي هر يك از گروههاي سيگنال كه مسيري مستقيم دارند ، امنيت براي تقاطع و مدت زمان هر فاز :
• تقاطعات بدون سيگنال : تعريف قوانين ضروري و مكان قرار گيري تابلوهاي حركت يا ايست .
• اندازه گيري شيبراهه ها : مكان يابي ، انواع اندازه گيري ، پارامترهاي كنترل (زمان سبز ، زمان جريان يا تاخير)
۴-۵-۱-حمل و نقل عمومي :
كاربر ممكن است كه AIMSUN را براي محاسبه ي حمل و نقل عمومي انتخاب كند . داده ي ورودي نيازمند تعريف حمل ونقل عمومي به قرار زير مي باشد :
• خطوط حمل و نقل عمومي : يك سري از بخش هاي متوالي در خصوص رديف هاي اتوبوس هاي ويژه
• رديف هاي موجود
• ايستگاههاي اتوبوس : مكان يابي ، طول و نوع ايستگاه اتوبوس در شبكه
• توزيع ايستگاه هاي اتوبوس براي خطوط حمل و نقل عمومي
• جدول زماني : جدول زمان بندي ساعت حركت (زمان هاي ثابت و يا متناوب) ، نوع اتومبيل ها و زمان توقف (ميانگين تشخيص وانحراف ) براي هر ايستگاه اتوبوس.

۶-۱-تذكر در مورد واحد ها :
در اين مقاله ، واحد ها براي طول ، سرعت ، شتاب و … به فرم متريك ارائه شده اند . درجايي كه كاربر به تبديل واحدهاي شبكه به فرم انگليسي باشد (برخي اوقات سلطنتي ناميده مي شود) ورودي ها ، به و خروجي ها ، از شبيه ساز بايستي به اين گونه وارد مي شوند (براي مثال مدل هاي محيطي به صورت واحدهاي متريك ارائه مي گردند ) . محاسبات هميشه به صورت واحدهاي متريك انجام مي شوند به طوري كه در تبديل آنها به واحدهاي انگليسي ، اين بخش به صورت تيره نمايش داده خواهد شد .
۲-مدلسازي ترافيكي :
۱-۲-داده اي نياز ترافيكي :
بسته به داده هاي نياز ترافيكي موجود ، دو نوع متفاوت از شبيه سازي در AIMSUN موجود مي باشد يكي بر پايه ي جريان هاي ترافيكي ورودي و درصدهاي چرخش مي باشد و ديگري بر پايه ي ماتريس هاي O/D ومسيرها يا راه ها مي باشند . يك مجموعه از حالات ترافيكي يا ماتريس هاي O/D درون گزينه ي نيازهاي ترافيكي دسته بندي شده اند . براي اطلاعات بيشتر در مورد تعاريف يك نياز ترافيكي به AIMSUN user Manval مراجعه شود .
۱-۱-۲-دسته بندي اتومبيل ها :
براساس نوع شبيه سازي اتومبيل ها مي توانند در دو سطح مختلف گروه بندي شوند : كلاس اتومبيل ها و نوع اتومبيل ها. كلاس اتومبيلها تنها براي تعرييف رديف هاي موجود به كار مي روند . براي مثال اينها مي توانند كلاس هاي عمومي ، خصوصي ، اورژانس و HOV (اتومبيل هاي بزرگن و جاگير) به منظور تعريف رديف هاي موجود در مدل شبكه براي كلاس هاي عمومي و اورژانسي در مقابل رديف هاي HOV مي باشند . استفاده از كلاس ها اختياري مي باشد و تنها زماني كه رديف هاي موجود در مدل شبكه فعال باشند به كار برده مي شوند .
نوع اتومبيل به انواع مختلفي از اتومبيل ها براساس دادههاي نياز ترافيكي تعريف شده اند . بنابراين جريان هاي ورودي و خصوصيات چرخش ، مانند تعداد سفرها در ماتريس O/D براي هر نوع اتومبيل مشخص شده و تفكيك داده شده مي باشد . براي مثال نوع اتومبيل مي تواند اتومبيل شخصي ، تاكسي ، اتومبيل شخصي ، اتومبيل عمومي ، HGV (اتومبيل هاي سنگين وزن) ، كاميون ، آمبولانس ، اتومبيل پليس و اتومبيل HOV باشد . استفاده از گزينه ي نوع اتومبيل هميشه در مدل سازي لازم و ضروري مي باشد . در غير اين صورت تعريف داده هاي نياز ترافيكي امكان پذير نخواهد بود . خصوصيات فيزيكي يا ويژگي هاي اتومبيل ها مانند عرض ، طول ، شتاب ، شتاب توقف و … براي هر نوعي تعريف مي شوند .