تاثير درجه قوس به عنوان پارامتر مهم در به كار گيري سامانه هاي كنترل سرعت هوشمند ITS در جاده ها

جعفر ستايش ولي پور

 عضو هيئت علمي دانشگاه علوم انتظامي

setayesh_valipour@yahoo.com

نادر احمدزاده بهروز

كارشناس ارشد راه و ترابري

 nader_ahmadzade@yahoo.com

چكيده :

شاخصها و محدوديتهاي مختلفي در ارايه الگوي انتخاب محل بهينه و تعيين تركيب انواع سامانه هاي هوشمند كنترل سرعت تاثيرگذار هستند شاخصهاي مذكور شامل مشخصه هاي ايمني ترافيك، طرح هندسي و فيزيكي و محدوديت ها، شامل محدوديت بودجه، نيروي انساني و تجهيزات مي گردند در اين مقاله براي تعيين انتخاب محل بهينه سامانه هاي هوشمند كنترل سرعت از يك الگوي هندسي براي لحاظ كردن تاثير شاخص طرح هندسي استفاده شده است چگونگي انتخاب درجه قوس در زمان طراحي بر كثرت وقوع تصادفات آينده تاثيرگذار بوده و به همين منظور براي كاهش تصادفات، انتخاب درجه قوس مطمئن، ضروري است و كنترل سرعت در محل قوس ها با سيستم هوشمند ITS بر كاهش تصادفات نقش به سزايي دارد. يكي از عمده ترين شاخص هاي ايمني كه در كشورهاي مختلف از آن براي تعيين الگوي تركيبي سيستم هاي كنترل هوشمند استفاده مي شود تعداد و نرخ تصادفات در جاده ها مي باشد. مطالعات مختلف نشان داده است كه يكي از علل عمده تصادفات منجر به جرح يا مرگ ، سرعت غيرمجاز مي باشد. اين در حالي است كه رانندگان معمولاً خطرات سرعت زياد را درك نمي كنند با افزايش سرعت، كنترل وسيله نقليه براي راننده مشكل تر بوده و از اين رو بعضي از انواع تصادفات كه احتمال وقوع آنها در سرعت كم، اندك است. در سرعت زياد احتمال وقوع آنها افزايش مي يابد. بنابراين لزوم استفاده از الگوهاي مناسب كنترل سرعت براي حفظ ايمني كاربران جاده الزامي است در اين مقاله سعي شده است تا تاثير انتخاب درجه قوس مطمئن و استفاده از سيستم هوشمند در محل قوس ها در كاهش حوادث رانندگي نشان داده شود.

واژه هاي كليدي : سيستم هوشمند- ايمني- كنترل سرعت- شاخص هندسي- درجه قوس

1- مقدمه

      طرح هندسي و شرايط فيزيكي مسير يكي از علل وقوع تصادفات مي باشد. در بعضي از موارد رعايت سرعت مناسب موجب افزايش توان راننده در كنترل وسيله نقليه و به تبع آن مانع وقوع تصادفات ناشي از شرايط فيزيكي و طرح هندسي نامناسب مسير مي گردد. به نظر مي رسد، مقاطعي كه طرح هندسي آنها نامناسب بوده و يا شرايط فيزيكي مسير عامل وقوع تصادفات متعدد در آن مقاطع مي باشد، كنترل سرعت راه حلي كوتاه مدت براي كاهش تعداد تصادفات است، زيرا با كاهش سرعت در اين نقاط راننده زمان واكنش كافي پيدا كرده و مي تواند در شرايط نامناسب فيزيكي و طرح هندسي مسير وسيله نقليه را به نحو مناسب و ايمن كنترل نمايد ]1[. بنابراين در نظر گرفتن طرح هندسي و شرايط فيزيكي مسير در انتخاب محل كنترل سرعت تاثير به سزايي دارد. از طرف ديگر كارايي دوربين ها به طرح هندسي مسير وابسته است. در مدل ارايه شده اثر طرح هندسي و شرايط فيزيكي در قوس ها و تاثير درجه قوس در تابع هدف (انتخاب محل مناسب براي استفاده از سيستم هوشمند) ديده شده است. بدين معني كه با تعيين ميزان تاثير درجه قوس در كاهش تصادفات و استفاده از سامانه هوشمند در محل هاي مناسب، هدف مطلوب به دست مي آيد. اين مقاله در سه بخش زير دسته بندي شده است در ابتدا انتخاب هندسي و محل سامانه مناسب سرعت در استفاده از وسايل كنترل سرعت ITS و سپس  ايمني و انتخاب درجه قوس و در پايان بحث و نتيجه گيري.

2- تعریف مساله وبحث وبررسی

1-2- انتخاب هندسي و محل سامانه مناسب سرعت در استفاده از وسايل كنترل سرعت

      مطالعات مختلف نشان داده است كه يكي از علل عمده تصادفات منجر به جرح يا مرگ ، سرعت غيرمجاز مي باشد. اين در حالي است كه رانندگان معمولاً خطرات سرعت زياد را درك نمي كنند با افزايش سرعت، كنترل وسيله نقليه براي راننده مشكل تر بوده و از اين رو بعضي از انواع تصادفات كه احتمال وقوع آنها در سرعت كم، اندك است. در سرعت زياد احتمال وقوع آنها افزايش مي يابد. بنابراين لزوم استفاده از الگوهاي مناسب كنترل سرعت براي حفظ ايمني كاربران جاده الزامي است ]2[.

يكي از عمده ترين شاخص هاي ايمني كه در كشورهاي مختلف از آن براي تعيين الگوي تركيبي سيستم هاي كنترل هوشمند استفاده مي شود تعداد و نرخ تصادفات در جاده ها مي باشد. در واقع تعداد و نرخ تصادفات شاخص هاي كمي هستند كه براي سنجش ايمني مقاطع مختلف در يك محور به كار مي روند.

مدل رياضي(1) كه براي انتخاب ميزان سرعت با در نظر گرفتن محدوديت عمومي سرعت، متغيرهاي مشخصات ترافيكي و مشخصات طرح هندسي و ساختارهاي كاربري استفاده شده در واقع تاثير پارامتر طرح هندسي را در تعيين سرعت پيشنهادي و به تبع آن كنترل سرعت با سامانه هاي هوشمند نشان مي دهد.

مدل رياضي حاصلضربي جهت تعيين سرعت مجاز ]3[  

 (1)                                     fadj(roadside) ×fadj(geometric)  ×fadj(traffic)  ×(SL = MSSL

كه در آن SL : محدوديت سرعت پيشنهادي، MSSL : محدوديت عمومي سرعت و fadj (traffic) : ضرايب به دست آمده از متغييرهاي مشخصات ترافيك، fadj(geometric) : ضرايب به دست آمده از متغييرهاي مشخصات طرح هندسي، fadj(roadside) : ضرايب به دست آمده از متغيير هاي ساختار كاربري ها و فعاليت هاي مستقر در حريم راه.

هر دسته از عوامل مربوط به خصوصيات ترافيكـ،، طرح هندسي و كاربري حريم راه مي توانند شامل تعدادي ضريب اصلاحي باشند تا در تعيين اثرات آن عامل مورد استفاده قرار گيرند. در اين مقاله سعي شده است تاثير پارامتر طرح هندسي و به صورت دقيقتر پارامتر درجه قوس در ميزان وقوع تصادفات و استفاده از سيستم هاي هوشمند نشان داده شود. خصوصيات ضرايب اصلاحي فوق بدين صورت است كه اولاً اين ضرايب بدون مقياس هستند و ثانياً مقداري بين صفر و يك اختيار مي كنند. مقدار يك به معناي شرايط ايده آل و مقدار صفر از لحاظ تئوري به معناي وضعيتي است كه سرعت ترافيك در آن شرايط صفر باشد. متغييرهاي اصلاحي مي بايست با ضرايب وزني كه به كمك آمارگيري از مقاطع مناسب و برازش آنها صورت مي گيرد مطابق رابطه 2 تصحيح گردند يكي از اين متغييرهاي اصلاحي تاثير درجه قوس مي تواند باشد.

 (2)                                                                                           )  FiWi* . . . *  F2W2*  F1W1*(SL = MSSL

كه در آن wi ؛ توان تاثير متغيير اصلاحي، i  در محدويت سرعت مي باشد و به عنوان مثال  را نيز متغيير اصلاحي تاثير درجه قوس مي توان در نظر گرفت. به طور كلي الگوي تعيين تركيب سيستم كنترل سرعت شامل دو بخش تعيين مقاطع كنترل سرعت و تعيين روش كنترل سرعت مي باشد كه در اين مقاله در خصوص بخش اول يعني تعيين مقطع كنترل سرعت و تاثير استفاده از اين سيستم در به كارگيري قوس هايي با درجات مختلف بحث مي گردد. در روابط بالا سعي بر نشان دادن ميزان تاثير طرح هندسي در تعيين شاخص سرعت و سيستم سامانه كنترل سرعت شده است. در بخش دوم تاثير درجه قوس به عنوان پارامتر مهم در طرح هندسي در ميزان وقوع تصادفات نشان داده خواهد شد.

2-2- ايمني و انتخاب درجه قوس

      يكي از عوامل موثر در وقوع تصادفات درجه قوس است. تعداد درجات روبروي قوس به طول 100 فوت را درجه قوس (D) مي ناميم.

در طراحي قوس هاي افقي انتخاب درجه قوس يكي از تصميمات اصلي در طراحي مي باشد. وسايل نقليه نيز مي بايست توانايي همساني با قوس طراحي را داشته باشند، لذا قوس هاي افقي داراي تصادفات بيشتري نسبت به قوس هاي قائم ولي با همان شرايط و ميزان جابجايي ترافيكي مي باشند سوال اينجاست كه چگونه انتخاب درجه قوس در موقع طراحي، بر ميزان تصادفات تاثير مي گذارد.

تحليل ها و مطالعات به دست آمده نشان مي دهند كه ايمني در قوس هاي با زاويه انحراف بزرگتر به شدت تحت تاثير انتخاب درجه قوس مي باشد. استانداردهاي طراحي (خطوط راهنما و نيروي پليس و ...) به نظر نمي رسد كه به اين موضوع توجه داشته باشند بنابراين در طراحي قوس اين اثر نيز مي بايست بازنگري مجدد گردد. آنچه آشكاراست اين است كه تغيير در تصادفات متناسب با تغييرات در اندازه شعاع قوسي مي باشد تحليل ها نشان مي دهند هنگامي كه مي خواهيم قوس را در يك زاويه انحراف مشخص جاسازي نمائيم قوسي كه درجه قوس كوچكتر (يا به عبارت ديگر داراي شعاع قوس بزرگتر) داشته باشد، تعداد تصادفات كمتري در آنها رخ خواهد داد. ميزان افزايش كثرت وقوع تصادفات در ارتباط با انتخاب درجه قوس D2 به جاي درجه قوس (D2>D1)D1 در رابطه (3) نشان داده شده است.(شکل 1)

در اين روابط از توجه به اثر متقابل بين تصادفات رخ داده در قوس هاي افقي و در طول مماس هاي قوس ها صرفنظر شده است. ]4[

D1 : درجه قوس در حالت اول ، D2 : درجه قوس در حالت دوم (D2 > D1) ، A1 : ميزان وقوع تصادفات در حالت مربوطه به D1

A2 : ميزان وقوع تصادفات در حالت مربوط به D2 ، I : زاويه انحراف كه براي حالت D1 و D2 يكسان در نظر گرفته شده است.

v: تعداد وسايط نقليه در هر دو مسير ترافيكي به ازاي ميليون وسيله ،  : تعداد تصادفات رخ داده به ازاي هر واحد طول قطعه مستقيم مسير مربوط به v وسيله نقليه عبوري.

مطالعات انگليسي ها (پژوهش در ترافيك راه ها 1965) نشان مي دهد كه نرخ تصادفات در قوس هاي با شعاع كوچك وقتي كه ميانگين انحناي كل مسير كوچك باشد، بسيار زياد خواهد بود ]5[.

مطالعات فرانسوي ها به سال 1993 كه توسط Brenac تشريح شده است نشان مي دهد كه نرخ تصادفات در قوس ها وقتي افزايش مي يابد كه شعاع قوس كوچكتر گردد و طول مسير مستقيم منتهي به قوس بزرگتر گردد ]6[ .

بسياري از نتايج كنوني وجود ارتباط بين نرخ تصادفات و درجه قوس را كه از منابع گوناگون به دست آمده اند نشان مي دهد. اكثر مطالعات نشان دهنده افزايش نرخ تصادفات با افزايش درجه قوس (D) مي باشند بعضي افزايش اين نرخ را به صورت خطي و گروهي ديگر به صورت منحني محدب يا مقعر در نظر مي گيرند تمامي اين يافته ها به طور ضمني فرض مي نمايند كه قوسي كه به طول x كيلومتر است و داراي ADT=y (متوسط ترافيك روزانه) باشد داراي تعداد تصادفات يكسان با قوسي است كه طول آن x2 كيلومتر با ADT =  باشد چرا كه درجه قوس هر دو حالت با هم برابر مي باشند به عبارت ديگر احتمال رخ دادن تصادفات ، متناسب با درجه قوس در نظر گرفته مي شود. ]7[.

بنابراين افزايش درجه قوس منجر به افزايش نرخ تصادفات گشته و دقيقاً با كاهش طول مسير مسافرت در قوس تيزتر (با درجه قوس بزرگتر D و زاويه انحراف مشترك I ) همراه است.

3- تحلیل وتركيب روابط 2 و 3

      با توجه به نتايج به دست آمده از مبحث 1 در خصوص تاثير طرح هندسي در تعيين سرعت مجاز و نتايج بخش 2 درباره كاهش تعداد تصادفات در صورت افزايش شعاع قوس (كاهش درجه قوس) مي توان تركيبي از روابط را به صورت مدل حاصلضربي زير در نظر گرفت :

(4)                  fadj(roadside) ×fadj(geometric / D,I,L, . . . )  ×fadj(traffic)  ×(SL = MSSL

به طوري كه مدل بالا گوياي ارتباط تنگاتنگ درجه قوس با ميزان تعيين سرعت مجاز را دارد.

4- نتيجه گيري و بحث :

      براي تعيين انتخاب محل بهينه سامانه هاي هوشمند كنترل سرعت تاثير شاخص ها و محدوديت ها علي الخصوص طرح هندسي و درجه قوس مشهود و مبرز است. از آنجا كه يكي از علل عمده تصادفات سرعت غير مجاز مي باشد لذا راه حل كاهش سرعت در طرح قوس ها ضروري به نظر مي رسد. طراحي قوس هايي ايمن و مطمئن سبب كنترل سرعت وسيله نقليه توسط راننده شده و ايجاد سامانه هوشمند مزيد بر كاهش تصادف در آن نقطه مي گردد. با توجه به اين كه تاثير درجه قوس بهنگام طراحي در ميزان وقوع تصادفات نشان داده شد و اهميت شاخص طرح هندسي به عنوان پارامتر كليدي در انتخاب محل سيستم هوشمند ITS بيان گرديد، ضرورت ايجاب مي كند كه يكي از محل هاي انتخاب سيستم هوشمند ITS در قوس هايي با درجه قوس بيشتر (شعاع كمتر) باشد تا وقوع تصادفات به نسبت ميزان كاهش درجه قوس كمتر شود. بنابراين مسيرهايي كه امكان كاهش درجه قوس وجود ندارد كنترل سرعت راه حلي براي كاهش تعداد تصادفات مي باشد زيرا به دليل وجود سيستم كنترل سرعت با كاهش سرعت توسط راننده در اين نقاط، راننده مي تواند در شرايط نامناسب فيزيكي و طرح هندسي مسير وسيله نقليه را به نحو مناسب و ايمن كنترل نمايد. لذا در نظر گرفتن طرح هندسي و شرايط فيزيكي مسير در انتخاب محل كنترل سرعت تاثير بسزايي در كاهش تصادفات دارد.

5-مراجع :

] 1 [- مهندسين مشاور انديشه راهيان گسترش ، "دستورالعمل به كارگيري سامانه هاي هوشمند ITS در جاده ها" گزارش مرحله دوم، تيرماه 1384

] 2 [-  مهندسين مشاور انديشه راهيان گسترش، "دستورالعمل مديريت سرعت در راه هاي كشور" گزارش مرحله سوم دي ماه 1383

 [3] - Nazim U.Ahmed, (1981), "An analytical decision model for re source allocation in highway maintenance management" transportation research, vol 17A,No 2.  |p.133-138, |

 [4]- Zegeer, c.v.stewart. R,R.council, RM, Reinfurt, DW.and harnilron (1992), "Safty effects of geometric imporovements on horizontal curves", transportation resarch record, 1356. transportation research board. washington Dc.

[5] - Research road traffic (1965) , "road research laboratory", hmsolondon.

[6] - Brenac, T.(1996), "safety at curvers and road geometry standards in some European countries", transportation research record 1523, pp. 99-106

[7] - Datta. T. (1983) ," Accident sturogates for use in analysing highway safety standards". Report FHWA/ Rd - 82/103.

] 8 [-خاکشور ،عباس ،رابطه بین شعاع قوس ومیزان تصادفات ورابطه استفاده از قوسهای مرکب به جای کلوتوئید،1384 ،پایان نامه کارشناسی ارشد، مهندسی عمران گرایش راه ترابری، دانشکده تحصیلات تکمیلی دانشگاه آزاد اسلامی تهران واحد جنوب