برگزاری دفاعیه دکتری مهندس محمد پور جعفری

 | تاریخ ارسال: 1404/6/25 | 
مهندس محمد پورجعفری  دانشجوی دوره دکتری این دانشکده در رشته مهندسی عمران گرایش راه و ترابری ، 23 شهریور ماه سال 1404 از رساله خود تحت عنوان «ابهینه سازی زمانبندی چراغ راهنمائی با سامانه اولویت دهی انطباقی به حمل و نقل عمومی (ATSP)» به صورت حضوری با راهنمایی استاد فقید دکتر حمید بهبهانی ودکتر ندا کامبوزیا دفاع می نماید.
چکیده این رساله به شرح زیر می‌باشد:
امروزه استراتژی‌های اولویت‌دهی چراغ راهنمائی به حمل و نقل عمومی (TSP ) نقش مهمی را در کاهش تاخیر و تسهیل تردد وسائل نقلیه عمومی در تقاطعات شهری ایفا می‌کنند. در سالیان اخیر توسعه استراتژی‌های انطباقی با محوریت بهینه‌سازی شاخص‌های عملکردی تقاطع کانون توجه محققین حوزه مدنظر قرار گرفته است. در این میان توسعه استراتژی‌های مسافر-محور با هدف بهینه‌سازی شاخص‌های عملکردی برای مسافرین در مقایسه با روش‌های خودرو-محور از جمله حوزه‌های نوین در مطالعات مذکور محسوب می‌گردد. بطور کلی در روش‌های مذکور متغیرهای بهینه‌سازی شامل زمان سبز، طول سیکل و آفست می‌گردد و تاکنون مطالعه‌ای با منظور نمودن متغیر توالی فازها در فرایند بهینه‌سازی استراتژی‌های انطباقی انجام نشده است. از این رو در مطالعه حاضر یک استراتژی اولویت دهی انطباقی با عنوان KATC  با هدف کمینه نمودن تاخیر متوسط مسافر در سطح تقاطع منفرد و با محوریت بهینه¬سازی هر دو متغیر زمان سبز و توالی فازها توسعه یافته است. تحلیل¬های فرایند صف¬بندی و توسعه مدل‌های تاخیر وسائل نقلیه شخصی بر اساس تئوری موج کینماتیکی و برای هر دو حالت جریان زیراشباع و فوق¬اشباع صورت گرفته است. همچنین مدل‌های تاخیر وسائل نقلیه عمومی بر اساس عملکرد مختلط با ترافیک عمومی و حالت¬های مختلف رسیدن وسائل نقلیه عمومی به تقاطع توسعه یافته است. مساله بهینه¬سازی تاخیر متوسط مسافر بر اساس برنامه¬ریزی غیرخطی صحیح-مختلط (MINLP ) انجام شده و برای حل آن از روش الگوریتم ژنتیک بهره گرفته شده است. در ادامه توسعه روش مذکور به شرایط عملکردی سامانه حمل و نقل عمومی با مسیرهای ویژه در قالب استراتژی PASPB  مد نظر قرار گرفته است. بر این اساس مدل‌های تاخیر وسائل نقلیه عمومی متناسب با شرایط عملکردی در مسیرهای ویژه و با در نظر گرفتن وجود ایستگاه توسعه یافته است. در این راستا مدل محاسبه زمان توقف وسیله نقلیه عمومی برای انواع حالت¬های خدمات¬رسانی به مسافرین با یک یا دو وسیله نقلیه عمومی ارائه شده است. بمنظور بررسی عملکرد استراتژی KATC، روش مذکور با مدل SYNCHRO و همچنین استراتژی KATC بدون قابلیت بهینه¬سازی توالی فازها در یک تقاطع فرضی در محیط نرم¬افزار شبیه¬سازی خردنگر VISSIM مورد مقایسه قرار گرفته است. بر اساس نتایج بدست آمده استراتژی KATC می¬تواند در تمامی سناریوها مقدار تاخیر مسافر حمل و نقل عمومی را در بازه 0/8 % تا 6/23 % و همچنین تاخیر متوسط مسافر کل را در بازه 7/0% تا 9/13% نسبت به مدل SYNCHRO کاهش دهد. کاهش درجه اشباع و افزایش تعداد سرنشین وسائل نقلیه عمومی نقش مثبت در میزان کاهش تاخیر بدست آمده از استراتژی KATC ایفا می¬نماید. همچنین روش مدنظر می¬تواند سرعت متوسط و تعداد توقف وسائل نقلیه عمومی را در مقایسه با مدل¬های دیگر بهبود بخشد. در رابطه با استراتژی PASPB نیز ضمن اعمال روش مذکور به یک تقاطع منفرد در شهر تهران با دو مسیر اتوبوسرانی تندروی متقاطع در محیط نرم¬افزار شبیه¬سازی خردنگر SUMO، استراتژی مدنظر با مدل¬های زمان-ثابت کنونی، مدل SYNCHRO و استراتژی ایجاد فاز مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج شبیه¬سازی در محیط SUMO حاکی از آن است که استراتژی PASPB تاخیر متوسط مسافر کل را نسبت به کنترل زمان-ثابت کنونی و SYNCHRO به میزان به ترتیب 0/12 % و 9/5 % (8/10 و 9/4 ثانیه بر مسافر) کاهش می¬دهد و در مقایسه با استراتژی ایجاد فاز، نتایج تاخیر متوسط مسافر کل برای استراتژی PASPB بطور تقریبی برابر با استراتژی مدنظر می¬باشد. در رابطه با تاخیر متوسط مسافر حمل و نقل عمومی، استراتژی PASPB می¬تواند شاخص مذکور را به میزان 8/24 % و 8/11 % (3/23 و 6/9 ثانیه بر مسافر) در مقایسه با به ترتیب مدل SYNCHRO و استراتژی تغییر فاز کاهش دهد. نتایج آزمون¬های آنالیز حساسیت نیز بیانگر آن است که در هر دو حالت افزایش تقاضای حمل و نقل عمومی و یا وسائل نقلیه شخصی، استراتژی PASPB می¬تواند بهترین عملکرد را در بین سایر روش¬ها از منظر تاخیر متوسط مسافر کل ارائه دهد. با توجه به نتایج شاخص‌های زیست محیطی، در شرایط کنونی میزان انتشار آلاینده‌ها و مصرف سوخت در استراتژی‌ ‌PASPB به میزان اندکی بیشتر از مقادیر بدست آمده برای استراتژی ایجاد فاز می‌باشد، اما با افزایش حجم تقاضای ترافیک عمومی، استراتژی PASPB بهترین نتایج را در بین سایر روش‌ها ارائه می‌دهد. همچنین با توجه به نتایج مطالعات اقتصادی، نسبت منافع به هزینه‌‌های دوره طرح برای پیاده‌سازی استراتژی PASPB در یک تقاطع منفرد برابر با 55/3 بدست آمده است.   

کلمات کلیدی : زمانبندی چراغ راهنمایی- اولویت‌دهی انطباقی به حمل و نقل عمومی – بهینه‌سازی - الگوریتم ژنتیک - تاخیر متوسط مسافر


 
Optimization of Traffic Signal Timing with Adaptive Transit Signal Priority
Abstract 
Nowadays, transit signal priority (TSP) plays a significant role in reducing delay and facilitating public transport (PT) vehicles through urban intersections. The development of adaptive transit signal priority strategies (ATSP) relying on the optimization of intersection performance measures has become the center of researchers’ attention in recent years. In this respect, the development of passenger-based strategies based on the optimization of performance measures for passengers compared to vehicle-based methods is considered as one of the novel fields in the respective studies. Generally, the optimization parameters in these studies consist of green time, cycle length, or offset, and no study has incorporated phase sequence in the optimization process of adaptive strategies so far. Therefore, a passenger-based kinematic wave-based adaptive transit signal priority strategy (KATC) is developed in this study, aiming to minimize the average passenger delay at the intersection level and based on the optimization of both green time and phase sequence. The analysis of the queuing process and the development of passenger vehicle delay models are carried out based on kinematic wave theory and for both undersaturated and oversaturated flow. Furthermore, the public transport delay models are developed based on mixed-use operation and various arrival cases of PT vehicles at the intersection. The optimization of average passenger delay is performed based on mixed-integer nonlinear programming (MINLP) and genetic algorithm (GA) is used as the solution method to solve the problem. The model is further applied to the PT operating condition with dedicated bus lanes as a passenger-based adaptive transit signal priority for BRT systems (PASPB). The PT vehicle delay models are developed in this respect based on the operational conditions with dedicated bus lanes and the existence of PT vehicle stops. The PT vehicle dwell time models are presented in this respect based on several cases of passenger service with one or two PT vehicles. The performance of the KATC strategy is evaluated in the VISSIM simulation environment and compared to the optimal solution of the SYNCHRO model and the KATC strategy without the capability of phase sequence optimization. Based on the acquired results, the KATC strategy can reduce the average PT passenger delay by 8.0% to 23.6% and average total passenger delay by 0.7% to 13.9% compared to the SYNCHRO model. Lower values of the saturation rate and increasing passenger occupancy have a positive effect on the delay improvements achieved by KATC. In addition, KATC improves the average speed and PT vehicle number of stops compared to other models. Regarding the PASPB strategy, the relevant method is deployed to a real intersection in Tehran with two conflicting BRT lines and evaluated against the current fixed-time signal timing, the SYNCHRO model, and the active strategy of phase insertion in the SUMO simulation environment. The results of the SUMO simulation experiments show that the PASPB strategy reduces the average total passenger delay by 12% and 5.9% (10.8 and 4.9 s/p) compared to the current fixed-time signal timing and SYNCHRO, respectively.  Compared to the phase insertion strategy, the results of the average passenger delay for the PASPB strategy are approximately equal to those of the relevant active strategy. Regarding PT passenger delay, the adoption of the PASPB strategy leads to a decrease in the referred performance measure by 24.8% and 11.8% (23.3 and 9.6 s/p) compared to the SYNCHRO model and phase insertion strategy, respectively. Besides, the results of the sensitivity analysis prove that in cases of increasing the PT vehicle or passenger vehicle demand, the application of the PASPB strategy leads to the best performance compared to other methods regarding the average passenger delay. Based on the results of the environmental performance measures in the current situation, the pollutant emissions and fuel consumption rates are higher in the PASPB strategy in comparison to the active strategy. However, PASPB delivers the best environmental results with increased general traffic demand. Furthermore, based on the results of the economic study, the benefit-to-cost ratio for implementing the PASPB strategy at a single signalized intersection is equal to 3.55.                  
Keywords: signal timing, adaptive transit signal priority, optimization, genetic algorithm, average passenger delay  


رایانامه جهت ارتباط با دانشجوی فوق:


دفعات مشاهده: 673 بار   |   دفعات چاپ: 97 بار   |   دفعات ارسال به دیگران: 0 بار   |   0 نظر