• • تصمیمات استراتژیک: تصمیم ­گیری برای مسایل زیرساختی مرتبط با شبکه ­های حمل­و­نقل شهری که برای درازمدت طراحی می­شوند، مانند توسعه معابر موجود از طریق افزایش عرض آنها یا ایجاد معابر جدید.

• تصمیمات میان مدت: تصمیم ­گیری برای به کارگیری موثر منابع و زیرساخت­های سیستم حمل­و­نقل هستند، مانند تعیین یک طرفه یا دوطرفه بودن خیابان­ها در سیستم­های حمل­و­نقل شهری، یا تعیین نحوه تخصیص خط­ها در معابر برای جهت­های رفت و برگشت.

• تصمیمات عملیاتی: تصمیات مربوط به دوره­ های زمانی کوتاه مدت که بیشتر در رابطه با کنترل جریان­های ترافیکی در معابر هستند، مانند تنظیم چراغ­های راهنمایی، تعیین میزان عوارض تعیین شده برای استفاده از بعضی بزرگ­راه ­ها، تعیین فرکانس­های سرویس­دهی وسایل حمل­ونقل عمومی.

طراحی شبکه ­های معابر جاده­ای

به آن دسته از مسایل طراحی شبکه حمل­ونقل شهری که دربرگیرنده تصمیمات مرتبط با معابر شبکه هستند، می­توان عبارت Road Network Design Problem (RNDP) یا “طراحی شبکه ­های معابرجاده­ای” را اطلاق کرد. مسایل RNDP را می­توان بر اساس ماهیت متغیرهای مورد استفاده در سه گروه طبقه ­بندی کرد.

• مساله “طراحی شبکه حمل­ونقل گسسته^[۱۰]” (DNDP): این نوع مسایل با متغیرهای گسسته سروکار دارند. مانند ایجاد معابر جدید، توسعه ظرفیت معابر جدید با افزودن خط به آنها یا تعریض و بهبود طراحی آنها، تعیین یک طرفه یا دو طرفه بودن معابر.

• مساله"طراحی شبکه حمل­ونقل پیوسته^[۱۱]” (CNDP): این نوع مسایل با متغیرهای پیوسته سروکار دارند، مانند توسعه ظرفیت معابر از نوع متغیر پیوسته، تنظیم چراغ­های راهنمایی و یا تعیین عوارض عبور از برخی معابر خاص.

• مساله"طراحی شبکه حمل­ونقل ترکیبی^[۱۲]” (MNDP): این نوع مسایل با ترکیبی از متغیرهای پیوسته و گسسته یاد شده در موارد قبلی سروکار دارند.

مطالعات این پایان نامه MNDPرا در بر می­گیرد. بر اساس شکل ۱-۲، محدوده مسایل مورد مطالعه در این پایان نامه، شامل انواع تصمیمات بلندمدت و میان مدت خواهد بود.
تصمیمات مورد مطالعه در این پایان نامه
میان مدت
بلندمدت
جهت­دهی معابر
توسعه معابر موجود
تعیین تعداد خط­های رفت و برگشت معابر
کوتاه مدت
تنظیم سیگنال

شکل ‏۱‑۲ تصمیمات مورد مطالعه

جهت­دهی به معابر

جهت دادن به حرکت در معابر سیستم­های حمل ونقل، یکی از تصمیمات میان مدت مطرح شده در زمینه مسایل طراحی شبکه است که در دهه­های پس از جنگ جهانی دوم به منظور افزایش کارایی شبکه و کاهش ازدحام ترافیک مطرح شد. جهت­دهی به یال های شبکه با این دیدگاه عبارتست از تعیین جهت حرکت در یال­های شبکه حمل ونقل به طوری که امکان سفر بین هر دو نقطه از شبکه با توجه به محدودیت­های ایجاد شده برای حرکت در برخی مسیرها از بین نرود. به عبارت دیگر، شبکه حمل ونقل پس از تعیین جهت یال­ها همبند باقی بماند.

تنظیم چراغ راهنمایی

سیستم­های کنترلی یکی از ارکان سه گانه یک سیستم حمل ونقل هستند که خود به دو زیر مجموعه سیستم­های کنترل جریان و سیستم­های کنترل وسیله نقلیه تقسیم می­شوند. سیستم­های کنترل جریان در شبکه، باید برآورد کننده شاخص متضاد حرکت وایمنی در کنار هم باشند. استفاده از چراغ راهنمایی در تقاطع­ها یکی از مهمترین ابزارهای کنترل جریان در شبکه است. چراغ راهنما باعث تاخیر کاربران (توقف زمانی که چراغ قرمز است) در تقاطع­ها میشود. افزایش تاخیر سبب آلودگی هوا، آلودگی صوتی و افزایش مصرف سوخت میشود. تنظیم بهینه زمان بندی چراغ راهنما باعث کاهش اثرات منفی تاخیر در تقاطع­ها میشود.
در واقع، اهداف اصلی استفاده از چراغ راهنما عبارتست از:

• بیشینه­سازی ظرفیت ذخیزه کل شبکه.

• بیشینه­سازی ظرفیت معابر پرازدحام در تقاطع­ها.

• کمینه­سازی اثرات منفی ترافیک بر محیط زیست و مصرف سوخت.

• کمینه­سازی زمان سفر.

• افزایش امنیت .

مجموع زمانی توالی زمانی چراغ سبز را یک دور چراغ^[۱۳] می نامند. نسبت زمان سبز چراغ راهنما را به کل زمان دور نرخ سبز^[۱۴] چراغ گویند، که در اغلب مسایل مطرح شده در ادبیات موضوع، به عنوان عامل تصمیم گیری، برای بهبود سیستم کنترل بیشینه میشود. در هر تقاطع، به نسبت تعداد جریان مخالف ورودی، زمان دور به بخش های کوچکتری تقسیم میشود که هر بخش را یک فاز^[۱۵] گویند. در خلال یک فاز، دسته ای از جریان­های موافق در تقاطع­های کنترلی دارای چراغ سبز و دیگر جریان­های مخالف دارای چراغ قرمز خواهند بود.

ظرفیت ذخیره شبکه حمل ونقل

در زمینه ­های طرحریزی، طراحی و عملیاتی تسهیلات ثابت یک شبکه حمل ونقل از مفهوم ظرفیت بسیار استفاده شده است. ظرفیت یک شبکه حمل ونقل با تعداد زیادی جفت مبدا-مقصد مانند ظرفیت یک تقاطع متغیر است و بدون در نظر گرفتن الگوی تقاضا بین مبادی-مقاصد نمی توان در مورد آن بحث کرد. برای مثال مقدار ظرفیت یک شبکه با افزایش تقاضای جفت­های مختلفی از مبادی و مقاصد متفاوت خواهد بود. برای بسط مفهوم ظرفیت برای یک شبکه حمل ونقل با تقاضای متعدد، مفهوم ظرفیت ذخیره معرفی می گردد. به نحوی که ظرفیت ذخیره یک شبکه، به صورت یک تقاضای مازاد که به سیستم تزریق کرد، تعریف می­ شود بدون اینکه خصوصیات های فیزیکی شبکه تغییر کند یا ظرفیت همه یال­ها افزایش یابد. به علاوه، این تقاضای اضافی با توجه به تقاضای موجودبرای هر جفت مبدا-مقصد، بین آنها تقسیم می شود[۷].
معمولاً ظرفیت ذخیره بزرگتر از صفر است. مقدار کم تر از برای یک ظرفیت ذخیره بدین معنی است که تقاضا در شبکه بیش از توان شبکه است و در شبکه حالت ازدحام ایجاد شده است. ظرفیت ذخیره بزرگ تر از یک بدین معنی است که شبکه در برخی از معابر هنوز ظرفیت خالی برای افزایش جریان را داراست.
بنابراین، میتوان ظرفیت ذخیره یک سیستم را نماینده­ی از سطح خدمت شبکه دانست و از آن در جهت تعیین سیاست­های بهینه برای جلوگیری از ترافیک، کنترل رشد تقاضا، مدیریت و طرح ریزی شبکه حمل ونقل استفاده کرد.
در یک مساله حمل و نقل، چنان چه یک تقاضای برآوردی ثابت به صورت یک ماتریس OD برای کل شبکه حمل ونقل در نظر بگیریم، ظرفیت ذخیره سیستم، بیشترین افزایش قابل اعمال در تقاضای سفر در شبکه (به صورت ضریبی در کل ماتریس سفرها) با تغییر عامل های درگیر در شبکه خواهد بود، به طوریکه در این شرایط، جریان محاسبه شده معابر پس از افزایش تقاضا، از ظرفیت تعیین شده برای آنها تجاوز نکند.

مدل سازی مسایل طراحی شبکه‏های حمل‏ونقل جاده­ای

یکی از بزرگترین مسایلی که برنامه­ ریزان حمل­و­نقل با آن مواجه هستند، پیش ­بینی اثرات سناریوهای مختلف طراحی شبکه ­های حمل­ونقل شهری است. کاربران سیستم­های حمل­و­نقل را عموماً انسان­ها تشکیل می­ دهند و هر نوع برنامه­ ریزی یا تدوین سناریو برای توسعه و اصلاح شبکه حمل­و­نقل نیازمند پیش ­بینی عکس­العمل­های کابران در قالب تغییرات الگوی جریان ترافیک و مسیرهای مورد استفاده توسط آنها و چگونگی استفاده آنها از وسایل نقلیه است. حضور تصمیم ­گیری عامل انسانی در این مسایل، آنها را در زمره مسایل مطرح در نظریه بازی­ها قرار می­دهد که ماهیت مدل سازی آنها را از بسیاری از مسایل تصمیم ­گیری که مساله عکس­العمل عامل انسانی در آنها مطرح نیست متفاوت می­ کند.
ماهیت این مسایل ایجاب می­ کند که آنها به صورت یک بازی رهبر- پیرو^[۱۶] یا بازی استکلبرگ^[۱۷]، و در نتیجه در قالب یک مدل برنامه­ ریزی دو سطحی^[۱۸] مطرح شوند. در این بازی، برنامه­ ریزان شبکه و مسئولان شهری که طراحی شبکه را بر عهده دارند، نقش رهبر، و کاربران که آزادنه مسیرها را بر اساس طرح ایجاد شده در شبکه برای سفر انتخاب می­ کنند، نقش پیرو را دارند]۸[. این­ طور فرض می­ شود که برنامه­ ریزان حمل­و­نقل قادر به تاثیرگذاری روی رفتار کاربران در انتخاب مسیر هستند، اما نمی ­توانند آن را تحت کنترل خود درآورند. رفتار کاربران برای آنها قابل پیش ­بینی است، اما کاربران قادر به پیش ­بینی تصمیمات طراحی شبکه نیستند و به اقتضای طراحی انجام شده عکس­العمل نشان می­ دهند. این تعامل می ­تواند در قالب یک مدل کلی دو سطحی به صورت زیر نمایش داده شود:

(۱-۱)