پایان نامه ارشد: تعیین نوع بهینه تقاطع غیرهمسطح با بهره گرفتن از الگوریتم انبوه ذرات (PSO)

موسسه آموزش عالی عمران  و توسعه

(غیر انتفاعی – غیر دولتی)

دانشکده فنی و مهندسی

گروه مهندسی عمران

پایان نامه:

برای دریافت درجه كارشناسی ارشد در رشته مهندسی عمران گرایش راه و ترابری

عنوان:

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

استاد راهنما:

دکتر سعید سعیدی جم

استاد مشاور:

دکتر علی اصغر گهرپور

زمستان 1393

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

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، شبدری کامل، نیمه شبدری، تک­نقطه­ای و لوزی می­باشند که با بهره گرفتن از نرم­افزار AIMSUN شبیه­سازی می­شوند.پارامترهای درنظر گرفته شده برای هر کدام از تقاطع­ها، میزان تولید آلاینده­های هوا، میزان مصرف سوخت و زمان سفر می­باشند. مقدار پارامترهای ذکر شده از خروجی­های نرم­افزار AIMSUN به دست می­آیند و سپس تمامی آنها به هزینه تبدیل می­گردند. سپس با بهره گرفتن از الگوریتم انبوه ذرات ( PSO) ادامه­ی 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

فصل 1 5

1-1- معرفی انواع تقاطع­ها 7

1-1-1- انواع تقاطع­های همسطح 7

1-1-2- انواع تقاطع­های غیرهمسطح 9

1-2- مروری بر پژوهش­های گذشته 16

1-2-1- روش واتلورث و اینگرام در انتخاب تقاطع غیرهمسطح 16

1-2-2- روش مولینازی و ساترلی در انتخاب تقاطع غیرهمسطح 16

1-2-3- روش اسمیت و گاربر در انتخاب تقاطع غیرهمسطح 18

1-2-4- روش سید کمال سید حسین در انتخاب تقاطع غیر همسطح 19

1-2-5- اولویت­بندی عوامل مؤثر بر انتخاب تقاطع­های غیرهمسطح توسط شهاب حسن پور 23

1-2-6- روش آرین امیرامجدی در انتخاب تقاطع غیرهمسطح 28

فصل 2 31

2-1- مقدمه 33

2-2- معرفی نرم­افزار شبیه­سازی 34

2-3- عوامل مؤثر بر انتخاب نوع بهینه تقاطع­های غیرهمسطح 38

2-3-2- منابع آلاینده هوا 43

2-3-3- زمان سفر 45

2-3-4- سوخت 45

2-4- مدل­سازی تقاطع­های غیرهمسطح 46

2-4-1- پارامترهای ترافیكی 46

2-4-2- مشخصات فنی خودروها 47

2-4-3- مدل­سازی 48

2-4-4- خروجی­های نرم­افزار 49

2-4-5- یکسان سازی واحد پارامترهای زمان سفر،آلاینده­ها و سوخت 49

2-4-5-1- هزینه­ زمان سفر 49

2-4-5-2- هزینه­ تولید آلاینده­های هوا 51

2-4-5-3- هزینه­ سوخت 53

2-5- معرفی الگوریتم انبوه ذرات 53

2-5-1- متغیرهای مستقل و وابسته پژوهش 54

2-5-1-1- متغیرهای وابسته تحقیق 55

2-5-1-2- متغیرهای مستقل تحقیق 55

2-5-2- تعریف مدل و تابع هدف مسئله 55

2-5-3- محدودیت مسئله 56

2-5-4- کدگذاری و شیوه نمایش جواب­ها 56

2-5-5- روندنمای الگوریتم انبوه ذرات 58

2-5-5-1 محاسبه ی مقدار برازندگی 60

2-5-3-2- انتخاب Pbest و Gbest 61

2-5-3-3- ضرایب یادگیری 61

2-5-4- نحوه­ی پیاده­سازی الگوریتم انبوه ذرات 62

2-5-4-1- نحوه کدنویسی 63

2-5-4-2- نحوه پیاده­سازی 64

فصل 3 65

3-1- مقدمه 67

3-2- خروجی­های نرم­افزار 67

3-3- معادلات مربوط به پارامترهای زمان سفر و میزان آلاینده و سوخت 76

3-4- معادلات زمان سفر 76

3-5- معادلات میزان تولید آلاینده 76

3-6- معادلات میزان مصرف سوخت 77

3-7- محاسبه­ی محدودیت­های مسئله 77

3-8- نتایج اجرای الگوریتم انبوه ذرات 78

3-9- اعتبار سنجی مدل 82

3-10- نتیجه­گیری کلی 83

3-11- پیشنهادات 84

پیوست 1 85

پیوست 2 93

پیوست 3 99

منابع و مراجع …………………………………………………………………………. ………………………………………………………….105

فهرست شکل­ها

شکل 1-1 تقاطع سه راهی T و Y شکل 7

شکل 1-2 تقاطع سه راهی T و Y شکل اصلاح شده 8

شکل 1-3 تقاطع چهار راهی اصلاح شده 8

شکل 1-4 فلکه 9

شکل 1-5 تقاطع غیر همسطح لوزی 10

شکل 1-6 تقاطع غیر همسطح تک­نقطه­ای 11

شکل 1-7 تقاطع غیر همسطح شیپوری 12

شکل 1-8 تقاطع غیر همسطح شبدری کامل 13

شکل 1-9 تقاطع غیر همسطح نیمه شبدری 14

شکل 1-10 تقاطع غیر همسطح جهتی 15

شکل 1-11 اولویت­بندی پارامترهای مؤثر بر انتخاب نوع بهینه تقاطع غیرهمسطح 27

شکل 2-1 روندنمای پژوهش 33

شکل 2-2 محیط نرم­افزار ایمسان 37

شکل 2-3 میزان تأثیرگذاری سه عامل مورد بررسی بر انتخاب گزینه برتر تقاطع غیرهمسطح 41

شکل 2-4 مقایسه سهم منابع آلاینده های هوا 44

شکل 2-5 سهم گروه­های مختلف سیستم حمل و نقل در آلودگی منتشره از منابع متحرك در هوای تهران 44

شکل 2-6 تقاطع غیرهمسطح جهتی در نرم­افزار ایمسان 48

شکل 2-7 هزینه خسارات ناشی از آلاینده­های مختلف هوا در ایران ( گزارش بانک جهانی 2006 (EER, 52

شکل 2-8 روندنمای الگوریتم انبوه ذرات 59

شکل 2-9 شبه کد الگوریتم انبوه ذرات 61

شکل 2-10 روندنمای اجرای مراحل تحلیل 62

شکل 3-1 نمودار میزان تولید آلاینده- حجم ترافیکی برای تقاطع غیرهمسطح تک­نقطه­ای 68

شکل 3-2 نمودار میزان تولید آلاینده- حجم ترافیکی برای تقاطع غیرهمسطح شبدری کامل 68

شکل 3-3 نمودار میزان تولید آلاینده- حجم ترافیکی برای تقاطع غیرهمسطح نیمه شبدری 69

شکل 3-4 نمودار میزان تولید آلاینده- حجم ترافیکی برای تقاطع غیرهمسطح جهتی 69

شکل 3-5 نمودار میزان تولید آلاینده- حجم ترافیکی برای تقاطع غیرهمسطح لوزی 70

شکل 3-6 نمودار میزان مصرف سوخت- حجم ترافیکی برای تقاطع غیرهمسطح تک­نقطه­ای 70

شکل 3-7 نمودار میزان مصرف سوخت- حجم ترافیکی برای تقاطع غیرهمسطح شبدری کامل 71

شکل 3-8 نمودار میزان مصرف سوخت- حجم ترافیکی برای تقاطع غیرهمسطح نیمه شبدری 71

شکل 3-9 نمودار میزان مصرف سوخت- حجم ترافیکی برای تقاطع غیرهمسطح جهتی 72

شکل 3-10 نمودار میزان مصرف سوخت- حجم ترافیکی برای تقاطع غیرهمسطح لوزی 72

شکل 3-11 نمودار زمان سفر- حجم ترافیکی برای تقاطع غیرهمسطح تک­نقطه­ای 73

شکل 3-12 نمودار زمان سفر- حجم ترافیکی برای تقاطع غیرهمسطح شبدری کامل 73

شکل 3-13 نمودار زمان سفر- حجم ترافیکی برای تقاطع غیرهمسطح نیمه شبدری 74

شکل 3-14 نمودار زمان سفر- حجم ترافیکی برای تقاطع غیرهمسطح جهتی 74

شکل 3-15 نمودار زمان سفر- حجم ترافیکی برای تقاطع غیرهمسطح لوزی 75

شکل 3-16 نمودار تقاطع غیرهمسطح جهتی به عنوان تقاطع غیرهمسطح بهینه در حجم ترافیک 1000 وسیله نقلیه در ساعت 79

شکل 3-17 نمودار تقاطع غیرهمسطح لوزی به عنوان تقاطع غیرهمسطح بهینه در حجم ترافیک 3500  وسیله نقلیه در ساعت 80

شکل 3-18 نمودار تقاطع غیرهمسطح تک­نقطه­ای به عنوان تقاطع غیرهمسطح بهینه در حجم ترافیک 6500  وسیله نقلیه در ساعت 81

فهرست جداول

جدول 1-1 مقایسه خصوصیات انواع مختلف تبادل­ها 24

جدول 1-2 مروری بر پژوهش­های گذشته 30

جدول 2-1 سهم وسایل نقلیه شماره­گذاری شده در شهر تهران 47

جدول 2-2 شکل شماتیک یک مثال از مساله انتخاب نوع بهینه تقاطع غیرهمسطح 58

جدول 3-1 واریانس جواب­های حاصل از الگوریتم انبوه ذرات 82

مقدمه:

با افزایش جمعیت و به تبع آن رشد تقاضای سفر، مدیران حمل ونقل با چالش فرایند انتقال ایمن و کارآمد انسان و کالا با توجه به محدودیت­های تملک اراضی و بودجه مواجه می­باشند،که بویژه درآزادراه­ها و راه­های پرتراکم واقع در نواحی شهری و برونشهری که امکان افزایش ظرفیت راه وجود ندارد، ایجاد ازدحام سبب افزایش زمان سفر و کاهش ایمنی و در نتیجه شرایط غیرقابل تحمل برای راننده می­شود. در سال­های اخیر تبدیل تقاطع­های همسطح به غیرهمسطح به عنوان یک راه حل امید بخش در مدیریت مؤثر تقاطع­ها با توجه به زیرساخت­های موجود مورد توجه قرار گرفته است که کاربرد این تبدیل منافع بالقوه­ای مانند بهبود زمان­های سفر،کاهش آلاینده­های زیست محیطی، ذخیره­ی سرمایه در بلند مدت و کاهش در مصرف سوخت را فراهم می­ کند. در سال 1972 میلادی واتل­ورث[1] و اینگرام[2] برای ارزیابی ترافیکی هر یک از گزینه ها، ظرفیت ساعت اوج آنها را با بهره گرفتن از یک مدل خطی محاسبه کرده­اند. عضوی از تقاطع که تحت تأثیر حجم ماکزیمم بوده و شرایط بحرانی­تری دارد شناسایی شده و در مرحله بعدی افزایش ظرفیت می یابد تا مدل مناسب نتیجه شود. در سال 1973 مولینازی[3] و ساترلی[4] مقایسه تقاطع های غیر همسطح را از طریق سطح سرویس، ایمنی، انعطاف­پذیری طول و تعداد خطوط مناطق همگذری ،زمان سفر، و فاکتورهای اجتماعی بر روی تقاطع­های غیرهمسطح انجام داده­اند. در سال 1977 اسمیت[5] و گاربر[6] بر اساس پارامتر ایمنی دو تقاطع غیرهمسطح لوزی و تک­نقطه­ای 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 محدودیت­های ترافیکی و غیره می­باشد که در ردیف راه حل­های کم هزینه قرار می­گیرند. در صورتی که اینگونه راهکارها نتواند مشکل ترافیکی تقاطع را حل نماید راه حل دیگری که همان تبدیل تقاطع همسطح به تقاطع غیرهمسطح می­باشد مد نظر قرار می­گیرد. با توجه به تنوع زیاد انواع تقاطع­های غیرهمسطح و حوزه عملکرد هریک از آنها و نیز هزینه­ های متفاوت اقتصادی آنها گزینه­های متفاوتی برای انتخاب نوع تقاطع غیرهمسطح وجود دارد. در کشور ما نیز هنگامی­که یک تقاطع همسطح به یک تقاطع غیرهمسطح تبدیل می­شود هیچگونه معیاری برای انتخاب بهینه­ تقاطع غیرهمسطح وجود ندارد . وجود مدلی که بتواند عواملی همچون عوامل ترافیکی ، اقتصادی ، زیست محیطی را در یک چارچوب کلی برای انتخاب بهینه نوع تقاطع غیرهمسطح ارائه کند از نیازهای اصلی و اساسی جامعه مهندسان می­باشد. در نتیجه ضروری است به منظور ایجاد یکنواختی روش­ها و ضوابط طراحی و اجرائی و مدیریتی این مدل تدوین شود تا بتواند به عنوان یک قضاوت کارشناسی و نیز یک راهنما مورد استفاده قرار گیرد.

در پژوهش پیش­رو،با بهره گرفتن از داده­های ترافیکی و نرم­افزار شبیه­سازی،پنج نمونه از تقاطع­های غیرهمسطح شبیه­سازی شدند و تحت بار­های ترافیکی مختلف قرار گرفتند و در نهایت از خروجی­های نرم­افزار شبیه­سازی،معادلات مربوط به پارامترهای مورد نظر که عبارتند از زمان سفر،میزان آلاینده­های زیست محیطی و میزان مصرف سوخت بودند،حاصل گشت.سپس با بهره گرفتن از این معادلات و الگوریتم بهینه­سازی انبوه ذرات به حل مساله پرداخته شده است.

[1]   Watteleworth

[2]   Ingram

[3]   Mullinazzi

[4]   Satterly

[5]   Smith

[6]   Garber

تعداد صفحه : 122

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        *       asa.goharii@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.