توسعه سیستمهای مدیریت ترافیک هوشمند در تقاطعهای فاقد چراغ راهنما
توسعه فناوریهای جدید مانند محاسبات فراگیر، شبکه اقتضائی خودرو و خودروهای خودمختار در سیستم حملونقل هوشمند، چهرهای مدرن به شهرها میبخشد؛ از این رو در این مقاله سعی داریم به شرح توسعه شبکه اقتضائی خودرو و سیستم حملونقل هوشمند بپردازیم.
تقاطعها بخش مهمی از معابر شهری، هسته اصلی ازدحام و عامل موثر بر تدام جریان ترافیکی هستند. حجم عبور وسایلنقلیه در کل شبکه ترافیکی به ظرفیت تقاطعها بستگی دارد. بنابراین جلوگیری از بروز هرگونه اختلال در تردد خودروها اعم از تصادف و ایجاده گرههای ترافیکی در تقاطعها ضروری است. در این راستا، مدیریت ترافیک در تقاطعهای فاقد چراغ راهنما یک چالش بزرگ است زیرا عدم رعایت حق تقدم در قوانین راهنمایی و رانندگی در این نقاط میتواند منجر به وقوع تصادف، ایجاد ترافیک و افزایش زمان انتظار خودروها شود.
تلاش بر روی مدیریت ترافیک در تقاطعهای فاقد چراغ راهنما عمدتاً بر روی توسعه خودروهای خودمختار از طریق ارتباطات خودرو با خودرو و خودرو با زیرساخت متمرکز شده است. با به کارگیری سیستم حملونقل هوشمند و شبکههای خودرویی اقتضائی میتوان به کاهش زمان تاخیر، اجتناب از تصادف و عبور ایمن در این تقاطعها امیدوار شد.
امروزه حملونقل و جابهجایی انسان و کالا به کلیدی برای توسعه جوامع بشری تبدیل شده است و انجام این امر در کوتاهترین زمان ممکن حیاتی به نظر میرسد. افزایش تعداد وسایلنقلیه، سرویسهای تجاری، افزایش نیاز به جابهجایی، اتلاف وقت و سوخت در جهان امروز منجر به گسترش سریع سیستمهای حملونقل شده است. از این رو، بهینهسازی شبکههای موجود و ایجاد روشهای هوشمندانه در دستور کار مدیران شهری قرار دارد.
ترافیک به معنای افزایش تعداد وسایلنقلیه و مسافرین در گردشهای شهری در کنار ظرفیت محدود شریانهای ارتباطی، استفاده از فناوریهای جدید در زمینه کنترل هوشمند ترافیک را الزامی کرده است. استراتژیهای قدیمی با توجه به رشد جمعیت، موتوریزه شدن و شهرنشینی، جوابگوی نیاز شهرهای مدرن نیستند. افزایش ترافیک نه تنها منجر به عملکرد ضعیف سیستم حملونقل میشود، بلکه افزایش آلودگی و مصرف بیرویه سوخت را نیز در پی دارد. تقاطعهای همسطح به عنوان محل تلاقی دو یا چند محور، بخش مهمی از شبکه معابر شهری هستند که حجم عبور وسایلنقلیه در کل شبکه را کنترل میکنند. بنابراین پیشگیری از هرگونه اختلال در حرکت خودروها در این نقاط ضروری است.
کنترل و مدیریت ترافیک در تقاطعهای فاقد چراغ راهنما اهمیتی دوچندان دارد زیرا عبور خودرو در این نقاط بدون توجه به حق تقدم صورت میگیرد. بنابراین باید به راهکاری دست یافت که براساس اطلاعات خودرو و تقاطع تصمیمگیری شود کدام خودرو حرکت کند و کدام منتظر بماند. در این روشها از فناوریهای نوین شبکههای خودرویی اقتضائی و محاسبات فراگیر به منظور جلوگیری از ایجاد بنبست و گره ترافیکی و کاهش میانگین زمان انتظار خودروها استفاده میشود.
مفاهیم و دیدگاهها
محاسبات فراگیر
محاسبات فراگیر به عنوان موج سوم فناوری محاسباتی معرفی میشود. موج اول دوره پردازندههای مرکزی و موج دوم دوره رایانههای شخصی بود. در دوره محاسبات فراگیر یک کاربر و چندین رایانه مختلف وجود دارد که با اتصال یکپارچه آنها یک سری خدمات شخصی برای کاربر فراهم میشود. در جهان محاسبات فراگیر، اشیا دارای قدرت محاسباتی و پردازشی هستند و به صورت بیسیم یا کابلی با شبکه جهانی ارتباط برقرار میکنند. از سوی دیگر، کاربر با استفاده از رایانههای موجود در جهان اطراف میتواند خدمات شخصی دریافت کند.
در این جهان بین دستگاههای اطلاعاتی موجود ارتباط برقرار میشود و اطلاعات مرتبط با محیط و کاربر در اختیار کاربر قرار میگیرد تا بتواند عملکرد خود را با محیط وفق دهد. برنامههای محاسبات فراگیر به توسعه سیستم حملونقل هوشمند کمک شایانی خواهد کرد.
سیستم حملونقل هوشمند
سیستم حملونقل هوشمند مبتنی بر فناوری محاسبات فراگیر یکی از جدیدترین و موثرترین راهکارهای مدیریت ترافیک است. این سیستم با استفاده از فناوریهای نوین به ارتقای سطح ایمنی، بهبود عملکرد سیستم حملونقل و کاهش هزینهها کمک میکند. حملونقل هوشمند مشتمل بر سه جز اصلی راه هوشمند، وسایلنقلیه هوشمند و زیرساختهای ارتباطی بر پایه فناوری اطلاعات و کنترل استوار است. جریان اطلاعات در این فناوری شامل جمعآوری، دریافت، انتقال، پردازش، توزیع و بهرهبرداری از دادهها است.
شبکه اقتضائی خودرو
شبکه اقتضائی یک توصیف برای شبکههای خودسازماندهنده خودروهای در حال حرکت است. این شبکه زیرمجموعهای از شبکههای اقتضائی متحرک است که در آن هر خودرو به عنوان یک گره با خودروهای اطراف و تجهیزات ثابت کنار جاده ارتباط برقرار میکند. از زیرساختهای جادهای میتوان به عنوان ابزاری برای دسترسی به اینترنت و جمعآوری و پردازش اطلاعات استفاده کرد.
مدیریت ترافیک هوشمند در تقاطعهای فاقد چراغ راهنما
با توجه به اهمیت مدیریت ترافیک در تقاطعهای فاقد چراغ راهنما، محققین در یک دهه اخیر سعی کردهاند راهکاری جامع برای حل این مشکل ارائه دهند که عمدتاً بر استفاده از حملونقل هوشمند و شبکه اقتضائی خودرو تمرکز کردهاند. در این راستا یک سیستم مبتنی بر رزور چندعامله و عبور بهینه خودروهای خودمختار مطرح شد. این مکانیزم مبتنی بر ارتباط خودرو با زیرساخت است و شامل دو عامل میباشد: عاملهای راننده که خودروها را کنترل میکند و عامل مدیر تقاطع که مدیریت و کنترل ترافیک تقاطع را بر عهده دارد. در این سیستم، عامل راننده با پیشتماس میتواند بلاکهای زمانی موردنیاز خود را رزرو کند.
بدینترتیب تقاطع به شبکهای از خانههای رزروشده تقسیم میشود که هر خانه در هر گام زمانی فقط توسط یک راننده قابل رزرو است. خودرو قبل از رسیدن به تقاطع، اطلاعاتی در مورد زمان و سرعت رسیدن به تقاطع، موقعیت کنونی و ابعاد خود را برای عامل مدیر تقاطع ارسال میکند. عامل مدیر بر این اساس، خانههای موردنیاز خودرو در هر گام زمانی را برای آن رزرو میکند. اگر هر کدام از خانهها قبلاً رزرو شده باشند، مدیر درخواست راننده را رد میکند.
مکانیزم دیگری با استفاده از ارتباط خودرو با خودرو برای خودروهای خودمختار در تقاطعهای با ترافیک پایین ارائه شده است. در این مکانیزم که فقط برای عامل خودرو طراحی شده دو نوع پیام درخواست و لغو وجود دارد. در این سیستم، خودرو برای استفاده از یک زمان و مکان خاص در تقاطع، پیام درخواست را به صورت مرتب برای همه ارسال میکند و اگر بخواهد زمان و مکان رزروشده را خالی کند، پیام لغو را میفرستد.
راهکار مطرحشده دیگر شامل سه زیرسیستم اصلی عامل زیرساخت، عامل خودرو و ارتباطات است. عامل زیرساخت، اطلاعات ارسالی خودرو را دریافت و در اختیار سایر خودروها قرار میدهد؛ سپس سرعت مجاز و مسیر مرجع را محاسبه و به عامل خودرو ارسال میکند.
توسعه فناوریهای جدید مانند محاسبات فراگیر، شبکه اقتضائی خودرو و خودروهای خودمختار در سیستم حملونقل هوشمند، چهرهای مدرن به شهرها میبخشد. مدیریت ترافیک در تقاطعهای فاقد چراغ راهنمایی عمدتاً بر روی عبور خودروهای خودمختار از این نقاط با استفاده از ارتباط بین خودرویی یا ارتباط خودرو با زیرساخت متمرکز شده است. طرحهای ارائهشده در این راستا منجر به افزایش کارایی تقاطع با کاهش زمان تاخیر، اجتناب از وقوع تصادف در محدوده تقاطع و عبور ایمن خودرو خواهد شد.