چکیده

یکی از نتایج استفاده از مترو در کلانشهرها ، کاهش حجم ترافیک و افزایش قدرت پاسخگویی به نیازهاي ترافیکی مدیریت حمل و نقل شهري و تسهیل آمد و شد شهروندان در سطح شهر است . با توجه به آنکه مترو در اشکال مختلف زیرزمینی ، روزمینی ، در ارتفاع و معلق سرویسهاي خود را به شهروندان ارائه می دهد، نقش سیستمهاي کنترلی در حوزه کارکردي ترافیک شبکه مترو از طریق نظم دهی به حرکت ناوگان قطارها و برطرف کردن بی نظمی هاي ترافیکی در صورت بروز اختلال و نیز بازگرداندن سیستم مترو به وضعیت عادي ، بخش مهم و پراهمیت مدیریت شبکه مترو است .در این تحقیق پس از بیان کلیات، با استفاده از منطق فازي به طراحی مدلی هوشمند براي کنترل ترافیک در شبکه مترو پرداخته می شود در واقع این مدل به شبیه سازي یک سیستم کنترلی ، جهت برطرف کردن اغتشاشات احتمالی در ترافیک شبکه مترو با استفاده از فازي می پردازد.

واژگان کلیدي: مترو ، قطار،کنترل هوشمند ،ترافیک ، منطق فازي

۱

مقدمه

از مترو بعنوان یک سیستم حمل و نقل انبوه در کلانشهرهاي دنیا استفاده می شود . ویژگی مهم مترو حریمکاملاً حفاظت شده و جدا از سایر معابر عبور و مرور است . در قطارهاي مترو واگن ها بزرگتر و سنگین ترند و ظرفیت جابجایی مسافران نیز بیشتر است . سرعت متوسط آن بین ۲۵ تا ۵۵ کیلومتر است و ظرفیت جابجایی این سیستم ها ۶۰۰۰۰ نفر در ساعت است. [۱ ] البته این سیستم می تواند علاوه بر مسافران درون شهري ، براي جابجایی و حمل مسافرانی که از شهرکهاي اطراف به یک شهر بزرگ رفت و آمد میکنند ، بکارمی رود . مترو در خطوط حومه شهري معمولاً بزرگتر و سرعت جابجایی مسافران نیز بالاتر است. در سیستم مترو ، حرکت قطارها براساس یک جدول زمانبندي از پیش تعیین شده صورت می گیرد . هر بخش جدول نیز با توجه به مناسبت هاي خاص ماه ، هفته و روز برنامه زمانبندي خاص خود را دارد. [۱ ] جدول زمانبندي حرکت قطارها شامل اطلاعات مربوط به زمان هاي ورود ، خروج و مدت زمان توقف قطارها در هر ایستگاه می باشد. [۵ ] با توجه به اینکه سیستم مترو یک سیستم یکپارچه است ، کوچکترین تغییر در برنامه حرکت یک قطار ، باعث ایجاد تغییرات گسترده در جدول زمانبندي حرکت قطارها و کنترل ترافیک در شبکه مترو خواهد شد که سیستم ناگزیر از پذیرش تبعات و جبران آن است . از سوي دیگر جبران هرچه سریعتر اختلالات و انحرافات از جدول زمانبندي ، باعث استفاده بهینه تر از تجهیزات ، سرمایه هاي انسانی ، ناوگان ،نیروي الکتروموتورها ، ترمز ، انرژي و صرفه جویی در زمان کارکنان می شود. از سوي دیگر منطق فازي گونه اي بسیار مهم از منطق است که توسط پروفسور لطفی زاده در سال ۱۹۶۵ مطرح شد و به طور جدي در مقابل منطق دودویی ارسطویی قرار گرفت . از سویی در سیستم مترو ، قوانین حرکت همانند حداکثر سرعت مجاز با توجه به شرایط خط و یا حداکثر سرعت مجاز هر قطار در هر خط، با توجه به محدودیتهاي سیستم حفاظت خودکار قطار ۱، باعث ایجاد محدودیت هایی در ارائه استراتژي هاي کنترلی می شود . در انجام این تحقیق ، ضمن بررسی نظام سنتی کنترل ترافیک در شبکه مترو ، لزوم ارائه یک سیستم کنترلی هوشمند با استفاده از منطق فازي ، مورد مطالعه قرار گرفته است که در نهایت به پیاده سازي یک سیستم کنترل ترافیک هوشمند با استفاده از منطق فازي منجر خواهد شد.

۱Automatic Train Protection

۲

طرح موضوع و بیان مسئله

کنترل ترافیک یکی از بحث هاي مهم در حوزه حمل و نقل و بویژه در صنعت حمل و نقل ریلی و مترو است[۱۰] .در یکی دو دهه اخیر با افزایش حجم تقاضاي شهروندان براي استفاده از مترو و در نتیجه افزایش حجم ترافیک شبکه ریلی، مسئله کنترل ترافیک در سیستم مترو از اهمیت ویژه اي برخوردار شده است [۱۱ ] و . [۱۳ ] از طرفی ناکارآمد بودن روش هاي سنتی کنترل ترافیک در مواجهه با اختلالات و اغتشاشات خطوط ریلی ، نظیر بروز تأخیر در اثر خرابی قطار ، خودکشی ، خرابی تجهیزات ، شکستگی ریل و …. بر مدیران ارشد شرکت هاي بهره بردار مترو عیان شده است . بنابراین با توجه به رویکرد کشورهاي توسعه یافته در کنترل ترافیک شبکه ریلی براساس جدیدترین فن آوري ها و برخورداري از به روز ترین دانش ها ، تحول در بخش ترافیک سیستم مترو از اهمیت بسیار بالایی برخوردار شده است . لزوم سرویس دهی بموقع و سریع به شهروندان و حفظ ایمنی در جابجایی مسافران مترو از یک سو و احتمال بروز اختلالات اجتناب ناپذیر در ترافیک ناوگان نقلیه ریلی از سوي دیگر اهمیت جهت گیري کنترل ترافیک ناوگان ریلی در سیستم مترو به سمت هوشمندي براساس روش هاي بنیادین و پیشرفته نظیر منطق فازي را بیش از پیش نمایان می سازد[۷] و [۱۱] و [۱۳] و .[۱۵]

قلمرو تحقیق

قلمرو موضوعی این تحقیق، هوشمند سازي ترافیک مترو از طریق فازي است.قلمرو مکانی این تحقیق در خط یک متروي تهران است.قلمرو زمانی تحقیق سالهاي ۱۳۹۰ الی ۱۳۹۲ بوده و مبناي اخذ و تحلیل داده ها ،گزارشات آماري بانک اطلاعاتی متروي تهران در سال ۱۳۹۲ و نیز براساس آخرینخروجیهاي نرم افزاريِِ سیستم کنترل ترافیک مترو بوده است.

ضرورتهاي انجام تحقیق

برخی ضرورت هاي این تحقیق به شرح ذیل فهرست می شود : -۱ لزوم صرفه جویی در نیروي انسانی و تجهیزات شبکه مترو. -۲ لزوم کیفی تر شدن فرآیند کنترل ترافیک در سیستم مترو . -۳ لزوم افزایش ایمنی و دقت ناوگان ریلی در سفرهاي مترو .

-۴ لزوم کاهش خسارتهاي مالی و جانی در سیستم مترو .

۳

-۵ لزوم یکپارچگی کنترل ترافیک در مترو .

اهداف تحقیق

۱٫ کاهش خطاي انسانی راهبران مراکز فرمان و کنترل ترافیک مترو در حرکتهاي مسافري و یا مانوري.

۲٫ تسهیل ترافیک مترو در شرایط خاص نظیر خرابی قطارها ، خرابی خط ، اعزام حرکتهاي فوق العاده و غیره.

۳٫ جبران سریع تأخیرهاي ناشی از خرابی خط و قطار.
۴٫ افزایش ایمنی ناوگان مسافري بخصوص در حرکتهاي مسافري شلوغ .
۵٫ استفاده از فن آوري هاي روز دانش بنیان و کاربردي نظیر رهیافتهاي هوش مصنوعی و منطق فازي.
۶٫ نظارت کافی بر ایمنی سیر و حرکت قطارها و سایر وسایل نقلیه ریلی در حرکتهاي مسافري و یا امدادي.

روش انجام کار

در این تحقیق پس از بیان کلیات و معرفی خصوصیات و ویژگی هاي مترو و طرح برخی مشکلات و ضعف هاي کنترل ترافیک سنتی ونیز تبیین جدول زمانبندي در شبکه مترو با استفاده از معادله ترافیک در مترو ، ضمن تشریح مشکلات و اغتشاشات ترافیکی به ارائه روشی هوشمند براي کنترل ترافیک در سیستم مترو با استفاده از منطق فازي خواهیم پرداخت. لذا روش کتابخانه اي به همراه روش هاي پژوهشی ، توصیفی ، علمی در کنار مدل هاي تجزیه و تحلیل و آنالیز ، مورد استفاده قرار گرفته و در نهایت الگویی در جهت هوشمند سازي ترافیک مترو با استفاده از منطق فازي ارائه شده است.

متغیرهاي مفهومی کنترل ترافیک مترو

برخی متغیرهاي مورد بررسی در مدل مفهومی کنترل ترافیک به شرح ذیل فهرست می شود : – زمان توقف قطار در ایستگاه براساس جدول زمانبندي و مشخصات ترافیکی خطوط .

۴

– زمان سیر قطار در مسیر خطوط .

– سرعت سیر قطار در خط براساس وضعیت فنی قطار(نظیر نیروي رانش، شیب و فراز خط ،قوس خط ، سوزن و …)
– فاصله بین ایستگاه ها .
– جدول زمانبندي براساس مشخصات ترافیکی خطوط .
– معادله استاندارد ترافیک.

-۱ کنترل ترافیک در سیستم مترو

در سیستم مترو ، برنامه هاي زمانبندي حرکت قطارها بصورت مکانیزه و با لحاظ تمامی شرایط خاص نظیر ؛ مناسبت ها و تعطیلات هفتگی و غیره براي دوره هاي بلند مدت یا میان مدت تنظیم می شوند . مزیت تهیه مکانیزه جدول زمانبندي ، ضریب اطمینان بالا و دقت فراوان آن است. [۱۵] از سوي دیگررویدادهاي غیرمترقبه نیز جدول زمانبندي را متاثر می سازد . در شرایط عادي ، قطارها می بایستی در فاصله گذارهاي منظم و طبق یک برنامه دقیق مسیر خود را طی نمایند . از آنجا که عواملی نظیرخرابی قطارها و خط ، ممکن است به بروز اختلال منجر گردد ، لذا لازم است سیستم کنترل ترافکی انعطاف پذیر بوده و بتواند حرکت قطارها را مجدداً تنظیم نماید و در این راستا اقدامات لازم ، جهت جبران تاخیر بوجود آمده ، صورت گیرد . با مکانیزه کردن برنامه ریزي ترافیک حرکت قطارها ، می توان ورود و خروج قطارها را بصورتی منظم کنترل کرد .

-۱-۱ عوامل بروز اختلال در ترافیک سیستم مترو

انواع مختلفی از قطارها در خطوط مختلف متروي تهران دریافت و اعزام می شوند. اختلال می تواند تصادفی یا توسط رویدادهاي برنامه ریزي شده ، ایجاد شود . مثالهایی از وقوع تصادفی اختلال عبارتند از[۶] و : [۷] تاخیر در پیاده و سوار شدن مسافران ،مسائل سیگنالینگ ، تاخیرهاي عملیاتی ، خطاهاي تجهیزات یا ماشین هاي ریلی ،آب و هوا ،تصادف ،مانع روي خطوط ، تاخیر پرسنل و مثالهایی از عوامل اختلالی که بوسیله رویدادهاي برنامه ریزي شده ایجاد می شود: [۷] تعمیر خط ، تغییر ساعات شلوغی یا فصلی در نیازهاي ترافیکی،کمبود تعداد قطارهاي مورد نیاز براساس ظرفیت خطوط ، ناهماهنگی در جدول زمانی و غیره.

۵

-۲-۱پارامترهاي فنی تاثیرگذار در کنترل هوشمند ترافیک ناوگان درخطوط مترو

جدول شماره ۱ برخی پارامترهاي فنی تاثیرگذار بر کنترل ترافیک مترو و مقادیر آن را در متروي تهران نشان می دهد .

جدول (۱ پارامترهاي فنی تاثیر گذار بر کنترل ترافیک در مترو
پارامتر فنی مقدار
ساعات سرویس ۲۳-۵
متوسط فاصله بین ایستگاه ها ۶۰۰ متر
متوسط قوس خط ۴۰۰ متر
متوسط شیب خط ۴ متر به ازاء هر ۱۰۰۰ متر .
متوسط سرعت قطار ۵۵ کیلومتر بر ساعت
متوسط عرض خط ۱۴۳۵ میلی متر
انرژي ( VCD ) 750 VDC یا ( overhead) 25 KV

متوسط هدوي ۶ دقیقه
متوسط زمان توقف قطار در ایستگاه ۴۵ ثانیه
مجموعه و نحوه دریافت انرژي Over Head یا Third Rail
مجموعه علائم ،سیگنالینگ و مدارات راه Auto Block / ATC / ATO / ATS / CTC

حداقل هدوي ۲ دقیقه
سمت راه اندازي قطار R / L

-۲ الگوریتم جریان فرآیند پیاده سازي سیستم هوشمند کنترل ترافیک مترو

بمنظور پیاده سازي هوشمند سیستم کنترل ترافیک در مترو لازم است بصورت مستمر شرایط ترافیکی خطوط بررسی و انحرافات از جدول زمانبندي تعیین شود که این مهم با ارزیابی دقیق پارامترهاي تاثیرگذار بر ترافیک مترو و سیر و حرکت قطارها در خطوط مترو صورت می گیرد . شکل شماره ۱ الگوریتم کنترل هوشمند ترافیک در شبکه مترو را نشان می دهد .

۶