ایجاد پایگاه داده مکانی زمانمند براي مدیریت ترافیک

چکیده
پدیده هاي موجود درجهان به دودسته ایستا و پویا گروهبندي میشوند. پدیده هاي ایستا درطول زمان ثابت اند ولی پدیده هاي پویا دچارتغییر می شوند که این تغییر ممکن است درمکان، هندسه و خصوصیات توصیفی پدیده انجام گیرد. خصوصیات ترافیک علاوه براینکه وابسته به مکان است درطول زمان نیز تغییر می یابد بنابراین یک پدیده مکانی-زمانی  محسوب می گردد. امروزه باپیشرفت فناوري مدیریت داده هاي پدیده هاي مکانی-زمانی درپایگاه داده مکانی زمانمند امکان پذیر می باشد. دراین بررسی مولفه ها و پارامترهاي مربوط به شرایط ترافیکی جمع آوري شده و برمبناي آن  ساختار داده هاي ترافیکی زمانمند (داده هاي پویا) براي ورود به پایگاه داده، تعیین گردید. ذخیره سازي و مدلسازي داده هاي پویا به همراه داده هاي مکانی مربوط به مسیر خیابانها (داده هاي ایستا) بر اساس مدل رابطه اي اشیاي مکانی دارايمهر زمانی انجام گرفته که با ایجاد ارتباط بین این داده ها، تغییرات به وجود آمده درشرایطترافیکی در هر لحظه تعیین گردیده است.

واژگان کلیدي:پایگاه داده مکانی زمانمند،اشیاي مکانی داراي مهر زمانی، داده هاي زمانمند

مقدمه
شهر تهران نیز از جمله شهرهایی می باشد که همه روزه خیابان هاي آن با مشکل ترافیک رو برو است. از طرف دیگر، علم و تکنولوژي پیوسته در حال پیشرفت است و فن آوري سامانه اطلاعات مکانی از جمله پیشرفت هایی است که در عصر حاضر توانسته در اکثر زمینه ها از جمله مدیریت و برنامه ریزي شهري مورد استفاده قرار گیرد. عبور و مرور خودروها در خیابانها و به ویژه تقاطع ها، غیر قابل پیش بینی و در هر لحظه امکان تغییر حجم و جهت حرکت ترافیک وجود دارد، بنابراین ترافیک را می توان یک پدیده مکانی- زمانی نامید. لذا براي مدیریت ترافیک نیز باید به صورت زمانی-مکانی عمل نمود.

ایجاد یک سامانه اطلاعات مکانی زمانمند و استفاده از داده هاي ترافیکی لحظه اي می تواند زمینه را براي مدیریت ترافیک فراهم آورد. ولی نکته مهم، مناسب بودن داده هاي ترافیکی لحظه اي می باشد که بتوان با انجام پردازش بر روي آنها، از شرایط واقعی ترافیک آگاه شد.در این تحقیق با تعریف یک ساختار براي داده هاي ترافیکی زمانمند در محدوده اي از شهر تهران، شرایط ترافیکی مدل سازي شده و بر مبناي مدل، چراغ هاي راهنمایی کنترل می گردند.

این مقاله مشتمل بر هفت بخش می باشد. پس از مقدمه در بخش دوم جدیدترین تحقیقاتی که در این خصوص انجام گرفته مرور شده است. البته در این بخش به مرور تحقیقات درباره مدیریت و راهنمایی و ترافیک با استفاده از سامانه اطلاعات مکانی زمانمندکه موضوع این تحقیق می باشد، پرداخته شده است. در بخش سوم چارچوب نظري تحقیق درباره مدیریت ترافیک و سامانه اطلاعات مکانی زمانمندتوضیح داده شده است بخش چهارم منطقه مورد مطالعه تحقیق را شرح داده و بخش پنجم به توصیف آماده سازي داده هاي مکانی مورد استفاده در این تحقیق پرداخته است. بخش ششم این مقاله پیاده سازي کنترل چراغ هاي راهنمایی را توضیح می دهد. در انتها این مقاله با نتیجه گیري و بیان جایگاه تحقیق به پایان می رسد.

پیشینه تحقیق
ترافیک نمونه اي از پدیده هاي مکانی-زمانی می باشد که می تواند توسط سامانه اطلاعات مکانی زمانی مورد بررسی و تحلیل قرار گیرد. زیرا اندازه گیري تغییرات حجم ترافیک در مسیرها مختلف، مربوط به بعد مکانی و تغییرات حجم ترافیک در زمانهاي مختلف، مربوط به بعد زمان می باشد.

در مقاله اي تحت عنوان " مدل سازي پدیده هاي پویا در یک سامانه اطلاعات مکانی زمانمند اصول و مفاهیم پایه در فضا-مکان و سایر جنبه هاي مطرح در مورد سامانه اطلاعات مکانی زمانمند مورد بررسی قرار گرفته اند. همچنین با تکیه بر معرفی روش هاي مختلف مدلسازي زمانی در سامانه اطلاعات مکانی، به پیاده سازي برخی المان هاي مهم یک سامانه اطلاعات مکانی زمانمند جهت نمایش تغییرات شبیه سازي شده اطلاعات ترافیکی بر روي یک نقشه رقومی 1/500 کاداستر ، پرداخته شده است.

در تحقیقی با عنوان " برنامه استراتژي کنترل ترافیک بر مبناي سامانه اطلاعات مکانی در تقاطع هاي شهري دیدگاهی طراحی شده که در آن درجه اهمیت هر تقاطع اندازه گیري شده و نسبت تاثیر تقاطع هاي مجاور با استفاده از توانایی هاي سامانه اطلاعات مکانی، مدل ترافیک پویا و تئوري Space Syntaxمورد بررسی قرار گرفته است. مدل ترافیک پویا براي محاسبه زمان عبور در تقاطع ها و اتصال بین آنها و تئوري Space Syntax براي محاسبه درجه اهمیت هر تقاطع مورد استفاده قرار گرفته است.

در تحقیق دیگر با عنوان " مدل سامانه اطلاعات مکانی زمانمند یک پارچه براي سامانه هاي ترافیکی طراحی یک سامانه اطلاعات مکانی زمانمند براي مدیریت یکپارچه سامانه هاي ترافیکی انجام گرفته است. در این سامانه مدل پایگاه داده یکپارچه براي شبیه سازي ترافیک در دو سطح میکروسکوپیک و مایکروسکوپیک ارائه شده است. دیدگاه آن متکی بر آنالیز داده هاي ترافیک از دو جنبه ایستا و پویا می باشد. طرح پایگاه داده براي انجام فرآیند پردازش بر مبناي مدل رابطه اي و نمایش شبیه سازي بر مبناي زبان شی گرا می باشد.

در " تکنولوژي تعیین موقعیت جهت سامانه حمل و نقل هوشمند در ایران و طراحی یک سامانه اطلاعات مکانی زمانمندبر اساس آن روش هاي تعیین موقعیت متحرك ارزیابی شده است و از این میان تعدادي که قابلیت اجرایی در کشور را داشته، مورد بحث قرار گرفته اند. سپس بر اساس مناسب ترین روش تعیین موقعیت سامانه اطلاعات مکانی زمانمند نمونه طراحی و اجرا شده است.

تئوري تحقیق

ترافیک

ترافیک در لغت به معناي عبور و مرور می باشد و در بحث ترافیک شهري شامل عبور و مرور خودروها و عابرین می باشد، که در این تحقیق تنها عبور و مرور خودروها مد نظر می باشد. این پدیده با به وجود آمدن شهرها و خودروها ایجاد می شود و مولفه هاي مربوط به ترافیک بر اساس عبور و مرور خودروها محاسبه می گردد و چون این فرآیند غیر قابل پیش بینی می باشد و در هر لحظه ممکن است جهت و رفتار خاصی از خود نشان دهد، لذا باعث می شود که مولفه ها نیز در هر لحظه مقادیر مختلفی را به خود بگیرد. بنابراین می توان نتیجه گیري کرد که پدیده ترافیک، یک پدیده لحظه اي است و مولفه آن نیز بر مبناي داده ها ي لحظه اي محاسبه می شود.

شهر تهران، از جمله شهرهاي پرترافیک ایران می باشد که بررسی شرایط ترافیکی آن نشان می دهد که در ساعت هاي اولیه صبح موج هاي ترافیک از مسیرهاي حاشیه اي شهر به سمت مرکز به جریان می افتد و به تدریج ترافیک داخل شهر نیز به آن ملحق شده و باعث به وجود آمدن ترافیک سنگین در مرکز شهر می شود و در ساعت هاي پایانی صبح از شدت آن کاسته می گردد. در هنگام ظهر، ترافیک در مرکز شهر مجددا اوج گرفته و بعد از یک تا دو ساعت از حجم آن کاسته می شود. سپس در عصرگاه، جریان ترافیکی عکس جریان صبح از مرکز شهر به نقاط حاشیه اي به جریان می افتد. این بررسی نشان می دهد که موج هاي حرکت ترافیک در تهران در ساعت هاي اولیه از نقاط حاشیه اي به سمت مرکز شهر و در ساعت هاي پایانی، عکس آن می باشد.

مولفه ها و پارامترهاي ترافیک

مولفه ها و پارامترهاي تعیین کننده نوع ترافیک بر مبناي داده هاي ترافیکی اخذ شده از تجهیزات موجود در مسیرها و نیز خصوصیات خود مسیرها تعیین می گردد. این داده ها می توانند شامل تعداد خودروهاي ورودي و خروجی در مسیرها، سرعت حرکت خودروها و ... براي داده هاي ترافیکی و طول، تعداد Laneها، یک طرفه و دو طرفه بودن و ... براي مسیرها باشند.

با انجام پردازش هاي مختلف بر روي داده هاي ترافیکی، مولفه هاي ترافیکی هر روز و هر لحظه تعیین می شود که با ذخیره سازي آنها، تاریخچه ترافیک ایجاد می شود.کاربرد تاریخچه ترافیکی براي برنامه ریزي هاي آینده، کشف رفتارهاي ترافیکی، تعیین شرایط ترافیکی میانگین در طول روز و ... می باشد.

با پردازش تاریخچه ترافیک می توان، رفتار ترافیکی میانگین و اطلاعاتی از قبیل ساعت هاي اوج ترافیک، مسیرها و تقاطع هاي پر ترافیک و درجه اهمیت آنها و نیز جهت جریان ها و موج هاي ترافیک در ساعت هاي مختلف روز را بدست آورده و بر مبناي آن برنامه زمانبندي پیش فرضی را براي چراغ ها تنظیم نمود.

بعد زمان

داده هاي ترافیکی زمانمند بر اساس دیدگاه زمان خطی و به صورت متوالی شکل گرفته است. در این دیدگاه زمان به صورت یک المان متوالی و پشت سر هم می باشد که می تواند به صورت مداوم و یا به صورت مقطعی امتداد داشته باشد.مفهوم توالی در آن بدین معنی است که این داده ها همه روزه و در تمام لحظه هاي یک روز به صورت متوالی ثبت و ذخیره می شوند.

براي اضافه کردن زمان در سامانه اطلاعات مکانی زمانمند، زمان به عنوان خصوصیت توصیفی و به عنوان یک بعد انجام می گیرد . زمان در این تحقیق به صورت توصیف به سامانه معرفی می شود. داده هاي زمانمندي که در هر لحظه ذخیره می شود، شامل جداول توصیفی می باشند که در فیلدهاي آن، تعداد ورودها و خروجی ها و سرعت حرکت خودروها و همچنین زمان ثبت این مقادیر در آن ذخیره شده است و بیان کننده آن است که در هر لحظه چه تعداد خودرو در یک مسیر وارد و یا خارج می شوند و سرعت حرکت خودروها چه مقدار می باشد

داده هاي سامانه اطلاعات مکانی زمانمند

با توجه به اینکه براي محاسبه پارامترهاي ترافیکی در هر لحظه باید تعداد خودروهاي موجود در مسیرها را داشته باشیم، لذا با انجام پردازش اولیه بر روي داده هاي لحظه اي و تفاضل گیري از تعداد ورودها و خروج ها و اعمال آن به تعداد خودروهاي محاسبه شده از داده هاي قبلی، تعداد خودروهاي موجود بر اساس داده هاي جدید تعیین می شود و این فرآیند با اضافه شدن داده هاي جدید، به صورت مداوم انجام می گیرد و چون داده هاي زمانمند ابتدا مورد این پردازش اولیه قرار گرفته و سپس براي تحلیل هاي سامانه اطلاعات مکانی مورد استفاده قرار می گیرند، لذا نحوه به روز آوري آن به صورت Near Real Time محسوب می شود. در این حالت به علت وجود پیچیدگی و زمانبر بودن مراحل تجزیه و تحلیل، اعمال تغییرات و نمایش آنها به محض ورود به سامانه اطلاعات مکانی با کمی تاخیر انجام می گیرد . نحوه به روز آوري در تاریخچه ترافیک به صورت Time Stampingمی باشد، زیرا داده هاي ترافیکی روزهاي گذشته به صورت لایه هاي Stamp مورد پردازش قرار می گیرند تا اطلاعات مورد نظر از آنها استخراج شود به منظور کاهش حجم داده هاي تاریخچه ترافیک، زمان به روز آوري در فواصل زمانی بیشتري انجام می گیرد و به همین دلیل در جداول توصیفی آنها، رویدادها و مقادیر، به همراه طول زمانی که رخ می دهند، بیان می شوند. براي مثال اگر داده هاي زمانمند براي محاسبه پارامترهاي ترافیکی لحظه اي، به صورت هر ثانیه به روز شوند،تاریخچه ترافیک در پایگاه داده هر 5دقیقه به روز آوري و ذخیره می گردند و مقدار آن، میانگین مقادیر موجود در طول این بازه زمانی می باشد که در جدول توصیفی آنها، این مقادیر به همراه زمان آغازین و پایانی بازه زمانی مربوط به خود بیان شده است.

پایگاه داده زمانمند

در یک سامانه اطلاعات مکانی زمانمند دو نوع زمان در مورد رویدادها بکار می رود. یکی زمانی است که یک رویداد اتفاق می افتد و یا اینکه یک حقیقت شناخته می شودکهValid  Time نامیده می شود. تراکنش یا زمان پایگاه داده نیز زمانی است که اطلاعات در پایگاه داده قرار می گیرد. این دو دیدگاه ساختار اصلی یک سامانه اطلاعات مکانی زمانمند را شامل می شود.

داده هاي موجود در پایگاه داده، داراي دو نوع داده استاتیک و دینامیک می باشد که داده هاي دینامیک شامل داده هاي ترافیکی زمانمند می باشد. به منظور کنترل چراغ هاي راهنمایی بر مبناي وضعیت ترافیکی موجود، لازم است که فاصله زمانی بین Valid Timeو DataBase Time در پایگاه داده، به حداقل برسد تا کنترل چراغ ها متناسب با حجم ترافیک باشد.

مدلسازي سامانه اطلاعات مکانی زمانمند

با توسعه روش هاي مدل سازي در علوم کامپیوتري، مدل سازي در سامانه اطلاعات مکانی نیز توسعه پیدا کرد. این توسعه در علوم کامپیوتري از مدلسازي رابطه اي به سمت مدلسازي شی گرا و در سامانه می Time Stamping Event or Process به سمت Time Stamped Layer اطلاعات مکانی زمانمند نیز از باشد.

روش Spatio-temporal Object Model Time Stamping Spatial Objects

این مدل، جهان را به صورت یک مجموعه مکانی-زمانی و با ترکیب یک بعد زمان به صورت قائم به فضاي دو بعدي آن، نمایش می دهد و قادر به ذخیره سازي تغییرات در هر دو بعد زمان و مکان با هم یا به صورت مجزا می باشد. این مدل نیز همانند دو مدل قبلی، قادر به نمایش تغییرات ناگهانی در یک ساختار زمانی خطی می باشد ولی هیچکدام قادر به توضیح مفاهیم انتقال و حرکت نمی باشد.

در این تحقیق، داده هاي ترافیکی زمانمند در هر لحظه به صورت لایه هاي Stamp در پایگاه داده ذخیره می شوند و سپس با پردازش هر لایه Stamp و با در نظر گرفتن لایه هاي قبلی، تغییر در مقادیر توصیفی آن مشخص می گردد. این مدل بر اساس روش مدلسازي Time Stamping Spatial Objectsدر مدل رابطه اي و در سطح داده هاي توصیفات می باشد. به دلیل اینکه در این تحقیق با جداول توصیفی در ارتباط هستیم و انجام پردازش ها و تهیه خروجی ها بر اساس ایجاد ارتباط بین جداول صورت می گیرد، لذا از مدل رابطه اي استفاده کرده ایم و همچنین به دلیل اینکه نیازمند مدلی می باشیم که بتوانیم تغییرات به وجود آمده بین داده هاي زمانمند را در طول زمان تعیین کنیم، بنابراین از مدل Time Stamping Spatial  Object استفاده کرده ایم.

منطقه مورد مطالعه

در این تحقیق، توجه به بعد زمان باعث شده منطقه مورد مطالعاتی علاوه بر محدوده مکانی، داراي محدوده زمانی نیز باشد. محدوده مکانی در بر گیرنده خیابان هاي اصلی و بزرگراه هاي شهر تهران می باشند که مجهز به دوربین هاي کنترل ترافیک هستند )یعنی در صورتی که بزرگراهی مجهز به دوربین نباشد در محدوده لحاظ نمی گردد( و تنها براي بررسی ساده موج ترافیک در شهر تهران مورد استفاده قرار می گیرد. براي جلوگیري از به وجود آمدن پیچیدگی زیاد ، محدوده مکانی مورد استفاده در این تحقیق در مرکز شهر تهران و در منطقه 6واقع شده است که از شمال به خیابان آذر شهر و از شرق به خیابان دکتر شریعتی و از غرب به خیابان حافظ و از جنوب به خیابان انقلاب منتهی می شود.علت اصلی براي انتخاب این محدوده، وجود تقاطع هاي متعدد و فواصل کوتاه بین آنها می باشد زیرا در صورتی که تقاطع ها داراي فواصل زیاد از هم باشند ، میزان تاثیر چراغ ها در تقاطع هاي مجاور بسیار کم و یا حتی بی تاثیر می شود. براي بررسی کلی موج ترافیک وضعیت ترافیکی در بازه زمانی یک هفته از 20تا 26آبان ، 1391با طول زمان به روزآوري 1یک ساعت به یک ساعت، مورد استفاده قرار گرفته است

براي بررسی جزئی و دقیق تر موج ترافیک و همچنین دستیابی به اهداف تحقیق، وضعیت ترافیکی در بازه زمانی 2  ساعت در یک روز، بین ساعت 7الی 9صبح، با زمان به روزآوري 5دقیقه ، مورد استفاده قرار گرفته است. به دلیل اینکه در حال حاضر امکان دسترسی به داده هاي ترافیکی دقیق و واقعی در شهر تهران وجود ندارد، لذا داده ها بر اساس برخی اطلاعات ترافیکیشبیه سازي شده اند و از آنجایی که ایجاد این داده ها بدین روش بسیار زمانبر می باشند ، لذا بازه زمانی آن به دو ساعت محدود شده است و علت استفاده از بازه زمانی بین 7الی 9صبح ،به وجود آمدن شرایط ترافیکی مختلف در این بازه زمانی می باشد.

این داده ها شامل تعداد خودروها و سرعت حرکت آنها می باشند، که تعداد خودروها بر اساس خصوصیات هندسی مسیرها، به صورتی مقداردهی شده اند که متناسب با حجم ترافیک مورد نظر باشد. سرعت حرکت ترافیک نیز بر اساس سرعت هاي ثبت شده در سایت شرکت کنترل ترافیک تهران در حجمهاي مختلف ترافیک مقداردهی شده اند. همچنین زمان هاي شکل گیري شرایط مختلف ترافیکی نیز برمبناي اطلاعات ثبت شده توسط دوربین هاي کنترل ترافیک انجام گرفته است

پیاده سازي

طراحی پایگاه داده

مراحل طراحی پایگاه داده به شرح زیر می باشد

تعیین نیاز ها (طراحی خارجی)

در این تحقیق براي تعیین پارامترهاي ترافیکی(حجم ترافیکی و زمان سفر در مسیرها) به صورت لحظه اي، نیازمند داده هاي ترافیکی زمانمند (تعداد ورودها، تعداد خروج ها و سرعت حرکت خودروها) و نقشه مسیرها می باشیم که بنابراین داده هاي مربوط به مسیر ها باید بیان کننده خصوصیات هندسی آنها باشد. همچنین نیازمند دستورالعمل ها و آنالیزهایی هستیم که با ایجاد ارتباط بین داده هاي ورودي، تغییرات به وجود آمده در تعداد خودروها را بر اساس تعداد ورودها و خروج ها تعیین کرده و پارامترهاي ترافیکی را بر اساس مقادیر تغییر یافته به روز آوري کند. بر مبناي این نیازها طراحی خارجی خیابان ها و داده هاي اساس مقادیر تغییر یافته به روز آوري کند. بر مبناي این نیازها طراحی خارجی خیابان ها و داده هاي ترافیکی به شکل زیر می باشد.

طراحی مفهومی

در این تحقیق براي محاسبه پارامترهاي ترافیکی بر اساس داد ه هاي ترافیکی زمانمند، لازم است که این داده هابا داده هاي مکانی ارتباطط بر قرار کنند و از آنجائیکه در داده هاي ترافیکی به ازاي هر مسیر یک داده ترافیکی وجود دارد، لذا این ارتباط به صورت یک به یک می باشد.همچنین به دلیل اینکه در نرم افزار مورد استفاده براي پردازش شبکه، خیابان ها با توجه به نوع آنها (یکطرفه، دوطرفه و ..). باید در کلاس هاي جدا قرار گیرند، لذا آنها را در چهار کلاس خیابان هایی دوطرفه، یکطرفه، خطوط ویژه و بزرگراه ها در پایگاه داده قرار می دهیم.

 

طراحی منطقی

در این تحقیق پارامترها از جداول توصیفی و ارتباط بین آنها محاسبه می گردد لذا از مدل رابطه اي در طراحی پایگاه داده استفاده گردیده است. داده هاي ترافیکی زمانمندشامل جداول توصیفی می باشد که در آنها تعداد ورودها، تعداد خروج ها و سرعت ثبت شده هر مسیر به صورت یک مقدار عددي، در یک سطر در جدول ذخیره می گردد و هر سطر مربوط به یک مسیر است که با شناسه منحصر به فرد مربوط به خود مشخص گردیده است. سپس تفاضل بین ورودها و خروج ها و سرعت ثبت شده با استفاده از شناسه منحصر به فرد، به جداول حاصل از داده هاي قبل، به صورت یک به یک ایجاد ارتباط کرده و تغییرات به وجود آمده در تعداد خودروها و سرعت حرکت ترافیک را در آن به روزآوري می کند.در صورت به وجود آمدن این تغییرات، لازم است که پارامترهاي ترافیکی شامل حجم ترافیک و زمان سفر در هر مسیر تعیین گردد که براي محاسبه آنها نیازمند ایجاد ارتباط با جداول توصیفی مسیرها می باشیم که این ارتباط نیز به وسیله شناسه منحصر به فرد مسیر ها انجام می گیرد.بخشی از مدل منطقی این تحقیق به شکل زیر می باشد.

طراحی فیزیکی
در این تحقیق پایگاه داده ایجاد شده، Geodatabase می باشد که در آن داده هاي مکانی شامل بزرگراه ها، خیابان هاي یکطرفه و دوطرفه، خطوط ویژه و چراغ هاي راهنمایی به صورت کلاس هاي عارضه در پایگاه داده ذخیره سازي شده اند و داده هاي ترافیکی نیز به صورت جداول توصیفی، به عنوان داده هاي زمانمند در پایگاه داده قرار گرفته اند. به دلیل اینکه داده هاي ترافیکی زمانمند مورد نیاز در این تحقیق، در حال حاضر براي شهر تهران وجود ندارد، لذا این داده ها بر اساس اطلاعات ترافیکی کلی شامل ساعت هاي اوج ترافیک، جهت هاي حرکت ترافیک و نظرات و تجربیات کارشناسان ، متناسب با شرایط موجود شبیه سازي شده اند. همچنین با توجه به اینکه امکان ورود داده ها به صورت لحظه اي در پایگاه داده وجود ندارد، لذا داده هاي مربوط به چهار زمان و حالت ترافیک (سبک، معمولی، سنگین و خیلی سنگین) از قبل آماده و در پایگاه داده ذخیره شده اند.

پردازش داده هاي ترافیک زمانمند

در این تحقیق داده هاي ترافیکی زمانمند، شامل تعداد ورودها ، En خروج ها Ex و سرعت حرکت خودروها Speed به صورت لایه هاي Stamp و به صورت مداوم در طول روز، توسط تجهیزات ثبت و به پایگاه داده وارد می شود. با استفاده از رابطه زیر و تفاضل گیري از تعداد ورودها و خروج ها، تعداد خودروها در هر مسیر تعیین می شود و سپس با اضافه شدن داده ي ترافیکی بعدي، مجددا تفاضل بین ورودها و خروج ها محاسبه می گردد و مقدار آن به تعداد خودروهاي محاسبه شده در مرحله قبل اعمال می شود.سرعت حرکت ترافیکی نیز با میانگین گیري از سرعت هاي ثبت شده در هر لایه Stamp محاسبه می گردد و به طور کل این فرآیند پیوسته با اضافه شدن داده هاي ترافیکی جدید، تکرار می گردد.

در این پردازش ها اگر در داده ترافیکی جدید، ورود و خروجی رخ ندهد و یا تعداد ورودها و خروج ها برابر باشد، تعداد خودروها تغییر نمی کند، بنابراین نیازي به بروزآوري مقدار آن در مسیر مورد نظر نمی باشد. ولی اگر تغییري در تعداد خودروها رخ دهد، پردازش ها به منظور محاسبه پارامترهاي ترافیکی بر اساس مقادیر جدید ادامه می یابد. خروجی هاي این مرحله از پردازش، جداول توصیفی می باشند که در آنها تعداد خودروها، سرعت حرکت ترافیک و بازه زمانی مربوط به ثبت این داده ها براي هر مسیر به همراه شناسه منحصر به فرد آن مسیر، ثبت شده است.

ایجاد ارتباط بین داده هاي مکانی و زمانی

با به وجود آمدن هر تغییر در تعداد خودروها و سرعت حرکت ترافیک، پارامترهاي ترافیکی نیز باید بر اساس مقادیر جدید محاسبه و بروزآوري شوند و چون براي محاسبه این پارامترها نیاز به خصوصیات هندسی مسیرها می باشد، بنابراین باید با داده هاي استاتیک ارتباط برقرار گردد. همچنین با توجه به اینکه در هر لحظه تنها یک مجموعه از مقادیر)تعداد خودروها و سزرعت حرکت( به هر مسیر اختصاص می یابد، لذانیازمند ایجاد ارتباط یک به یک هستیم، که این ارتباط بین عوارض بزرگراه، خیابان یکطرفه، خیابان دو طرفه ، خطوط ویژه و جدول داده هاي ترافیکی زمانمند بوسیله شناسه مشترك و منحصر به فرد خیابان به یکدیگر متصل می شوند. مدل پردازش براي ایجاد این ارتباط در شکل زیر نشان داده شده است.

ایجاد ارتباط بین جدول تاریخچه ترافیک به مسیرها

در این تحقیق پردازش تاریخچه ترافیک در دو محدوده مکانی کلی و جزئی مورد بررسی قرار گرفتهاست.در محدوده مکانی کلی، شرایط ترافیکی بزرگراه ها و خیایان هاي اصلی به صورت جداول داده هاي ترافیکی زمانمند از سایت کنترل ترافیک تهران، در بازه زمانی یک هفته و به صورت 24ساعت، به عنوان تاریخچه ترافیک تهیه شده و با میانگین گیري از آنها، رفتار و شرایط ترافیکی میانگین در ساعت هاي مختلف روز تعیین شده است که این جداول در پایگاه داده ذخیره شده اند. ساختار این جدول بدین صورت است که شرایط ترافیکی)در پنج کلاس): (1سبک به رنگ سبز ، )(2معمولی به رنگ زرد ، ) (3سنگین به رنگ نارنجی ، ) (4خیلی سنگین به رنگ قرمز و 5مسدود به رنگ قرمز تیره، بازه زمانی آن رویداد و شناسه آن مسیر به ترتیب در فیلدهاي ) Start_Time) ،(Traffic_Conditionو ( End_Timeو ) (Street_IDذخیره شده اند. براي ایجاد ارتباط بین جدول تاریخچه ترافیک به مسیرها، از ارتباط یک به چند 2استفاده شده است که شناسه منحصر به فرد براي این ارتباط فیلد Street_IDمی باشد.

با شبیه سازي رفتار و شرایط میانگین این نتایج به دست آمدکه در ساعت هاي اولیه صبح موج هاي ترافیک از مسیرهاي حاشیه اي شهر به سمت مرکز به جریان می افتد و به تدریج ترافیک داخل شهر نیز به آن ملحق شده و باعث به وجود آمدن ترافیک سنگین در مرکز شهر می شود و در ساعت هاي پایانی صبح از شدت آن کاسته می گردد. در هنگام ظهر، ترافیک در مرکز شهر مجددا اوج گرفته و بعد از یک تا دو ساعت از حجم آن کاسته می شود. سپس در عصرگاه، جریان ترافیکی عکس جریان صبح از مرکز شهر به نقاط حاشیه اي به جریان می افتد. این بررسی نشان می دهد که موج هاي حرکت ترافیک در تهران در ساعت هاي اولیه از نقاط حاشیه اي به سمت مرکز شهر و در ساعت هاي پایانی، عکس آن می باشد.

بررسی تاریخچه ترافیکی در محدوده مکانی جزئی نیز بیانگر این مطلب است که در محدوده زمانی بین 7تا 9صبح، موج هاي ترافیکی در خیابان هاي آیت االله طالقانی و شهید قرنی به ترتیب در جهت هاي غرب به شرق و جنوب به شمال به جریان می افتد.

نتیجه گیري

همانطوریکه در بخش هاي قبل این تحقیق توضیح داده شد پدیده هاي ترافیکی داراي خصوصیت مکانی-زمانی می باشند. لذا این خصوصیت باعث گردید که در این تحقیق از یک سامانه اطلاعات مکانی زمانمند براي دستیابی به اهداف استفاده نمائیم.در ساختار داده هاي ترافیکی زمانمند ارائه شده در این تحقیق، علاوه بر خودروهاي خروجی، خودروهاي ورودي و نیز سرعت حرکت آنها نیز ثبت گردید تا بر اساس تفاضل بین آنها و با توجه به داده هاي قبلی، تعداد خودروها و سرعت حرکت ترافیک در هر مسیر ثبت و حجم ترافیک واقعی به درستی به سامانه معرفی گردد. به منظور تحقق این اهداف، داده هاي ترافیکی لحظه اي بهسامانه اطلاعات مکانی زمانمند وارد شدهو با پردازش این داده ها تغییرات به وجود آمده در تعداد خودروها و سرعت حرکت ترافیک در لحظه جدید تعیین گردید. به منظور ایجاد هماهنگی بین تقاطع هاي مجاور براي حرکت روانتر ترافیک و کاهش تاخیر در مسیر حرکت آنها نیاز به شناخت رفتار و شرایط ترافیکی با استفاده از تاریخچه ترافیکاست. تاریخچه ترافیک از ذخیره سازي داده هاي ترافیکی زمانمند روزهاي گذشته حاصل گردید.

نتایج کلی که از این تحقیق حاصل می شود، بیانگر این است که براي مدیریت ترافیک، علاوه بر داده هاي ترافیکی زمانمند همان لحظه، نیازمند شناخت رفتار ترافیکی و تاریخچه ترافیک می باشیم، که این نیازها با ذخیره سازي داده هاي ترافیکی زمانمند روزهاي گذشته و پردازش آنها حاصل می شود.

جایگاه تحقیق و تحقیق هاي آتی

داده هاي مورد استفاده براي زمانبندي چراغ هاي راهنمایی در شهر تهران تنها شامل تعداد خودروهاي خروجی و فاصله زمانی بین آنها می باشد. در این تحقیق علاوه بر ثبت تعداد خودروهاي خروجی، تعداد خودروهاي ورودي و سرعت حرکت آنها نیز در نظر گرفته می شود تا کنترل چراغ ها بر اساس اطلاعات کمی دقیق از ترافیک انجام گیرد. علاوه بر این، استفاده از پایگاه داده و سامانه اطلاعات مکانی زمانمند و قابلیت هاي تحلیل شبکه، این امکان را فراهم می کند که شرایط ترافیک در طول مسیر ها در هر لحظه بر اساس داده هاي زمانمند تعیین گردد و در فرآیند مدیریت ترافیک علاوه بر حجم ترافیک، وابستگی زمانی بین تقاطع هاي داراي چراغ راهنمایی نیز مد نظر قرار گیرد.

ساختار داده های مکانی

کاربرد GIS در سیستم حمل و نقل و ترافیک شهری

 

 نویسندگان:  غلامرضا فلاحی ،ابوالفضل یداللهی

مراجع
.1افندي زاده زرگري، شهریار ، "هماهنگ سازي بهینه کنترل چراغ ها در معابر شهري فوق اشباع و زیر اشباع"، دهمین کنفرانس بین المللی مهندسی حمل و نقل و ترافیک.

.2امراللهی زرندي، منصور، " ،1389توسعه روشی جهت کاهش تاخیر و بهبود سطح سرویس تقاطع هاي چراغدار پیش زمانبندي شده با استفاده از آنالیز حساسیت"، فصلنامه علمی-ترویجی راهور، سال هشتم، شماره ،13صفحه 21تا .38

.3ذکایی آشتیانی هدایت. بهار " .1385تابع زمان تاخیر براي تقاطع هاي با چراغ راهنمایی". فصل نامه علمی-پژوهشی شریف، شماره ،33صفخه .36-31

.4وفایی نژاد، ع، "،1388مناسب ترین تکنولوژي تعیین موقعیت جهت سامانه حمل و نقل هوشمند در ایران و طراحی یک سامانه اطلاعات مکانی مکانمند –زمانمندبراساسآن".

5. de By, R.A," Principles of geographic information systems : an introductory textbook",
Enschede, ITC, 2011T ITC Educational Textbook Series 1, ISBN: 978-99962-1-270-3. pp
21-34.
6. Etches A, 1998,"An Integrated Temporal GIS Model for Traffic System", University of
Edinburgh, UK, GIS Research UK VI National Conference.
7. Hogeweg M, May 2000,“Spatio-Temporal Visualization and Analysis”, MSc Thesis,
University of Salford.
8. Khalesian M, 2009,"A GIS-Base Traffic Control Strategy Planning at Urban Intersections",
IJCSNC Journal of Computer Science and Network Security, Vol. 9, No. 1.
9. Lazelton N, 1991,“Integrating Time, Dynamic Modeling and Geographic Information
System: Development of four-dimensional”, PhD Thesis. Department of Surveying and Land
Information, University of Melbourne.
10.Nadi, S. Delavar, M.R, 2003,“Spatio-Temporal Modeling of Dynamic Phenomena inGIS”,ScanGIS 2003 Proceeding, pp. 215-225.

11.Ott.T, Swiaczny .F, 2001, ”Time-Integrative Geographic Information Systems Managementand Analysis of Spatio-Temporal Data”.

12.SCATS, 2012,“SCATS as a Computer-based area traffic management system, Scats is acomputer package that include hardware, software, and unique control philosophy”, TEPGAustralia. www.tycoint.com, tel: +61 2 96 38 8100.

13.Terborgh Carmelle , 2005, "Advances in the Application of Geographic Information
System", Ph.D ESRI Federal/Global Affairs, 3-7Page.14.Yuan N, 2003,“Temporal GIS and Spatio-Temporal Modeling of Dynamic Phenomena inGIS”, Scan GIS 2003 proceeding, Pp 2015-225.