وبلاگ

:
 
روش های عددی ابزاری بسیار مفید در شبیه سازی مسائل الکترومغناطیسی هستند. از این رو می توان
 
 
به روش ممان، روش عنصر محدود و روش تفاضلات محدود در حوزة زمان به عنوان مهم ترین این روش
 
ها اشاره کرد. روش عددی 1 FDTD به دلیل قابلیت آن در شبیه سازی انواع شکل های پیچیده، بدون
 
نیاز به حل ماتریس های بزرگ، معادلات غیر خطی و معادلات انتگرالی پیچیده، نسبت به سایر روش
 
 
های ذکر شده از مزایایی برخوردار است. همچنین با بهره گرفتن از این روش می توان با یک بار اجرای
 
 
برنامه، پاسخ فرکانسی سیستم تحت بررسی را در باند وسیعی در اختیار داشت. به طور کلی می توان با
 
 
یک بار اجرای برنامه، پاسخ فرکانسی سیستم تحت بررسی را در اختیار داشت. به طور کلی می توان به
 
 
مزایای این روش نسبت به سایر روش های عددی اینچنین اشاره کرد.
 
 
١- این روش نیاز به حل معادلات انتگرالی ندارد و مسائل پیچیده بدون نیاز به معکوس سازی
 
 
ماتریس های بزرگ قابل حل هستند.
 
 
٢- این روش برای استفاده در ساختارهای پیچیده، غیر همگن هادی یا دی الکتریک ساده است،
 
 
زیرا مقادیر ε، μ و σ در هر نقطه از شبکه قابل تعریف است.
 
٣- نتایج حوزه فرکانس با بهره گرفتن از نتایج حوزه زمان بسیار ساده تر از روش معکوس گیری از
 
 
ماتریس به دست می آیند. بنابراین نتایج باند وسیع فرکانسی به راحتی محاسبه می شوند.
 
 
٤- این روش موجب استفاده از حافظه به صورت ترتیبی می شود.
 
 
اما این روش دارای معایبی نیز هست که عبارتند از:
 
 
١- مش بندی اجسام پیچیده دشوار است.
 
 
٢- از آن جایی که شبکه به شکل چهار گوش است، مسائل با سطوح منحنی را در بر نمی گیرد و
 
 
در مدل سازی آن با این روش با خطا مواجه خواهیم شد.
 
 
٣- در الگوریتم های تفاضل محدود، مقادیر میدان ها فقط در گره های شبکه مشخص است.
 
 
٤- برای دست یابی به دقت بالا در محاسبات، نیاز به اجرای برنامه در تعداد گام زمانی زیاد است که
 
 
سبب کندتر شدن اجرای برنامه می شود.
 
 
چند دلیل افزایش علاقه مندی به استفاده از FDTD و روش های حل محاسباتی مربوطه اش برای
 
 
معادلات ماکسول وجود دارد.
 
 
FDTD -1  از جبر غیر خطی استفاده می کند. با یک محاسبه کاملاً ساده، FDTD از مشکلات جبر
 
 
خطی که اندازة معادله انتگرالی حوزة فرکانس و مدل های الکترومغناطیسی عنصر محدود را به کمتر
 
 
از 106 میدان نامشخص الکترومغناطیسی محدود می کند؛ اجتناب می کند. مدل های FDTD با 109
 
 
میدان ناشناخته، اجرا می شوند.
 
FDTD -2 دقیق و عملی می باشد. منابع خطا در محاسبات FDTD به خوبی شناخته شده اند و این
 
 
خطاها می توانند محدود شوند به گونه ای که مدل های دقیقی را برای انواع مسائل عکس العمل موج
 
 
الکترومغناطیسی فراهم کنند.
 
 
FDTD -3 طبیعتاً رفتار ضربه ای دارد. تکنیک حوزة زمان باعث می شود تا FDTD به طور مستقیم
 
 
پاسخ ضربه یک سیستم الکترومغناطیسی را محاسبه کند. بنابراین شبیه سازی FDTD می تواند شکل
 
 
موج های زمانی بسیار پهن باند یا پاسخ های پایدار سینوسی را در هر فرکانسی در طیف تحریک فراهم
 
 
کند.
 
 
FDTD -4 طبیعتاً رفتار غیر خطی دارد. با بهره گرفتن از تکنیک حوزة زمان، FDTD پاسخ غیر خطی یک
 
 
سیستم الکترومغناطیسی را محاسبه می کند.
 
 
FDTD -5 یک روش سیستماتیک می باشد. با FDTD می توان به جای استفاده از معادلات انتگرالی
 
 

پیچیده از تولید مش برای مشخص کردن مدل یک ساختار جدید استفاده نمود. به عنوان مثال FDTD
 
 
نیازی به محاسبه توابع گرین مربوط به ساختار مورد نظر ندارد.
 
 
-6 ظرفیت حافظه کامپیوتر به سرعت در حال افزایش است. در حالی که این روش به طور مثبت تمام
 
 
تکنیک های عددی را تحت تاثیر قرار می دهد، این از مزیت های روش FDTD است که گسسته سازی
 
 
مکانی را روی یک حجم انجام می دهد، بنابراین نیاز به RAM بسیار زیادی دارد.
 
-7 توانایی مصور سازی کامپیوترها به سرعت در حال افزایش است. در حالی که این روش به طور مثبت
 
 
تمام تکنیک های عددی را تحت تاثیر قرار می دهد. این از مزیت های روش FDTD است که آرایه گام
 
 
های زمانی از مقادیر میدان را برای استفاده در ویدئو های رنگی برای نمایش حرکت میدان مناسب می
 
 
سازد.
 
-1-1 تاریخچه تکنیکFDTD  در معادلات ماکسول
 
 
جدول زیر بعضی از نشریات اصلی در این زمینه لیست شده اند که با مقاله Yee آغاز شده است.
 
 
بخشی از تاریخچه تکنیک FDTD برای معادلات ماکسول:
 
 
Yee :1966 اساس تکنیک عددی FDTD را برای حل معادلات کرل ماکسول در حوزة زمان و بر روی
 
 
شبکه مکانی مطرح کرد.
 
 
Taflove :1975 و Brodwin ملاك پایداری عددی را برای الگوریتم Yee و اولین روش FDTD حالت
 
 
پایدار سینوسی را از موج الکترومغناطیسی 2 و 3 بعدی در ساختار ماده را تشکیل دادند.
 
 
Holland :1977 و Kunz و Lee الگوریتم Yeeرا در مسائل EMP به کار بردند.
 
 
1891:    Mur شرط مرزی جذب ABC مرتبه اول و دوم را برای شبکه Yeeبه کار برد.
 
 
Choi : 1986 و Hoeffer شبیه سازی FDTD از ساختارهای موجبری را ارائه دادند.
 
Sullivan :1988  اولین مدل FDTD سه بعدی از جذب موج الکترومغناطیسی توسط بدن انسان را
 
 
ارائه داد.
 
 
:1988 مدل FDTD یک مایکرواستریپ توسط Zhing ارائه شد.
 
 
:1990-91 مدل FDTD از پرمیتیویتی دی الکتریک وابسته به فرکانس توسط Kashiva و Luebbers
 
 
و Joseph ارائه شد.
 
 
:1992 مدل FDTD از عناصر مداری الکترونیکی فشرده در دو بعد به وسیله Sui بیان شد.
 
Berenger :1994 شرط مرزی جذب 1 PML را برای شبکه های FDTD دو بعدی مطرح کرد که به
 
وسیله Katz به سه بعد و توسط Re uter به پایانه های موجبری تفرقی منجر شد.
 
 
Schneider :1999 و Wagner آنالیز جامعی از پراکندگی شبکه FDTD مربوط به عدد موج مختلط را
 
 
بیان نمود.
(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)

:
 
در این پایان نامه روند طراحی یک تقویت کننده متعادل با نویز پایین در باندX دنبال خواهد شده ، این پروژه شامل دارای چندین ویژگی منحصر به فرد و توام را شامل می شود که عبارتند از :
 

1. طراحی تقویت کننده با ویژگی نویز پذیری پایین .

2. طراحی تقویت کننده با ویژگی پهنای باند وسیع .

3. طراحی تقویت کننده متعادل برای حصول بهره متوسط در باند وسیع .

 
توام بودن ویژگی های فوق در یک مدار تقویت کننده مایکروویو مستلزم طراحی مرحله به مرحله و استفاده از تکنیک های روتین طراحی و در نهایت جهت بهینه سازی پاسخ طراحی بدست آوردن ترکیب مناسبی از نمونه های طراحی می باشد .
 
.1-1   مدارات مایکروویو
 
فرکانس های مایکروویو بصورت قراردادی به فرکانس های 1 تا300GHz اطلاق می گردد یا به عبارت دیگر طول موج های رنج میکرون از نواحی مادون قرمز و نور مرئی را در خود دارد. با توجه به استاندارد
 
سازی انجام گرفته توسط IEEE یک مقیاس بندی در فرکانس های مایکروویو صورت گرفته است و
 
بعنوان نمونه در این پروژه هدف طراحی در باند X می باشد یعنی در رنج فرکانسی 8~12GHz
 

طراحی انجام می گیرد .
 
با پیشرفت تکنولوژی رویکردی در تجهیزات مایکروویو انجام گرفته و استفاده از موجبرها ، خطوط هم محور یا خطوط نواری جای خود را به مدارات مجتمع در فرکانس های مایکروویو داده است که در اینجا به سه دسته از آن اشاره خواهیم کرد :
 
-1   مدارات مایکروویو گسسته. (MDCs) 1  یک مدار گسسته شامل عناصر جداگانه ای است که
 
توسط سیم های هادی به هم وصل می شوند. مدارات گسسته همچنان در سیستم های مایکروویو پرتوان بسیار مفید هستند .
-2   مدارت مجتمع مایکروویو یکپارچه. (MMICs) 2  یک مدار مجتمع مایکروویو یکپارچه
 
متشکل از یک تراشه بلور نیمه هادی واحد است که همه عناصر اکتیو و پسیو و اجزاء اتصالات بر روی آن ساخته و پرداخته می شوند. معمولاً در سیستم های ماهواره ای و رادار هواپیمایی که در آنها به تعداد زیادی مدار مشابه وجود دارد ، کاربرد دارد.
-3  مدارات مجتمع مایکروویو. (MICs)3  مدارات مجتمع مایکروویو ترکیبی از عناصر پسیو و
 
اکتیو هستند که در طی مراحل متوالی نفوذ بر روی یک زمینه نیمه هادی یکپارچه یا هایبرید ساخته می شوند. MMICها دارای چگالی بسیار بالایی هستند یکMIC به صورت هایبرید
 
یا یکپارچه ساخته می شود ، بکارگیری MICها در مدارات دیجیتال و سیستم های نظامی با توان مصرف کم وچگالی بسته بندی کم ، بسیار مفید است.
 
.1-1-1 عناصر مداری مایکروویو .
 
عناصر مداری مایکروویو به دو نوع تقسیم بندی می شوند :
 

1. مدارات عنصر فشرده. عبارت فشرده به معنی غیر متغیر بودن LوC با فرکانس ثابت بودن فاز موج در روی عنصر می باشد. در فرکانس های مایکروویو حجم عناصر فشرده بسیار کوچکتر از مدار معادل گسترده آن است.

 
.2  مدارات خط توزیع شده. عبارت توزیع شده بدین معنی است که پارامتر های R و L و C و
 
G تابعی از از طول خط بوده و مقادیر L و C متغیر با فرکانس هستند.
 
انتخاب عناصر فشرده یا توزیع شده در شبکه های تطبیق تقویت کننده ها بستگی به فرکانس کار دارد.
 
تا باند فرکانسی X ، طول موج بسیار کوتاه است و عناصر فشردة خیلی کوچک نیز تغییر فاز ناچیزی
 
ایجاد می نمایند. درفرکانس کار مدار بالاتر از 20GHz عناصر توزیع شده ترجیح داده می شوند.
 
.1-1-2 تطبیق درشبکه های مایکروویو.
 
اگر امپدانس های بار و منبع با امپدانس های ورودی و خروجی قطعه اکتیو تطبیق نباشد ، برای تطبیق قطب های ورودی و خروجی باید شبکه های تطبیقی طراحی نمود. بطور کلی ، وقتی که اندازة
ضریب انعکاس کوچکتر یا مساوی واحد باشد از نمودار اسمیت معمولی1  برای طراحی مدار تطبیق
 
استفاده می شود و اگر اندازة ضریب انعکاس بزرگتر از واحد باشد از نمودار اسمیت فشرده2 به منظور تطبیق استفاده می گردد.
 
در سیستم های الکترونیکی مایکروویو اگر نتوان مقدار زیادی توان را توسط منبع منفرد تولید نمود و یا توان ورودی فراتر از ظرفیت یک قطعه نیمه هادی منفرد باشد، استفاده از روش های ترکیب توان قابل استفاده خواهد بود که ما در این پروژه بنحوی از یک تقویت کننده متعادل استفاده خواهیم کرد .
(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)

:
 
به طور کلی با بهره گرفتن از معادله رادار می توان حداکثر برد رادار را بدست آورد. حداکثر برد رادار بر حسب پارامترهای رادار به صورت زیر بدست می آید.

 
که در آن :
 
= Pt توان ارسالی بر حسب وات؛
 
= G بهره آنتن؛
 
= Ae سطح موثر آنتن بر حسب متر مربع؛
 
=σ سطح مقطع راداری هدف بر حسب متر مربع؛
 
= Smin حداقل توان سیگنال قابل آشکار سازی بر حسب وات؛
 
از پارامترهای فوق تمام گزینه ها به جز سطح مقطع راداری هدف ، تقریبا دراختیار طراح رادار است. معادله رادار نشان می دهد که برای بردهای زیاد ، توان ارسالی باید زیاد باشد
 
و انرﮊی تششع شده دریک شعاع باریک متمرکز باشد به معنی اینکه بهره آنتن زیاد باشد و گیرنده نسبت به سیگنالهای ضعیف حساس باشد.
 
در عمل برد محاسبه شده از یک چنین معادله ای شاید به نصف هم نرسد! علت آن است که پارامترها و تضعیفات بسیاری بر سر سیگنال منتشر شده قرار خواهند گرفت کـه مقـدار بسیاری از توان ارسالی را تلف خواهد کرد و ما در ادامه به این پارامترهاو پارامترهـای ارائه شده در فرمول فوق می پردازیم تا به یک مقدار توان مناسب بـرای ۰۵۱ کیلـومتر برای رادار موردنظر برسیم.

 
البته اگر تمام پارامترهای موثر در برد رادار معین بودند ، پیش بینی دقیـق از عملکـرد رادار امکان پذیر بود ولی در واقع اکثر این مقادیر دارای ماهیت آماری می باشند و ایـن کار را برای یک طراح رادار بسیار سخت می کند. پس به ناچار همیشه یک مصالحه بین آنچه که انسان می خواهد و آنچه عملا با کوشش معقول می توان بدست آورد لازم اسـت، که این مطلب به طور کامل در طول این فصل حس خواهد شد.
 
البته اطلاعات کامل و مفصل در مورد این عوامل خارج از محدوده این پروﮊه می باشد .
 
لذا ما به اندازه ای و نه عمیق بر بعضی از مهمترین این عوامل خـواهیم پرداخـت و در نهایت یک معادله را که شبیه به معادله ۱-۲ است ولی پارامترهای زیادی بـه آن اضـافه شده است را ارائه خواهیم کرد که با بهره گرفتن از آن فرمول می توان مقـدار نهـایی تـوان ارسالی برای برد مورد نظر را محاسبه کرد.
 
۱–۱) حداقل سیگنال قابل آشکار سازی:
 
توانایی گیرنده رادار برای آشکارسازی یک سیگنال برگشتی ضعیف ، توسط انرﮊی نـویز موجود در باند فرکانسی انرﮊی سیگنال محدود می شود. ضعیف ترین سیگنالی که گیرنـده
 
می تواند آشکار نماید ، حداقل سیگنال قابل آشکار سازی یا آسـتانه (Threshold) نامیـده
 
می شود. تعیین مشخصه حداقل سیگنال قابل آشکار سازی معمولا به علت ماهیت آماری آن و بخاطر فقدان معیاری بسیار مشکل است.
 
آشکار سازی بر اساس ایجاد یک سطح آستانه در خروجی گیرنده اسـت. اگـر خروجـی گیرنده بیشتر ازآستانه باشد ، فرض می شود که سیگنال وجود دارد و در غیر این صورت سیگنال آشکار نشده نویز می باشد. به این روش آشکار سازی آستانه ای گویند. خروجـی یک رادار نمونه را برحسب زمان ، اگر به صورت شکل ۱-۱ در نظر بگیـریم ، پـوش سیگنال دارای تغییرات نامنظمی است که در اثر تصادفی بودن نویز حاصل می شود.
 
شکل ۱-۱) سیگنال دریافتی در مجاورت نویز
 
اگر در نقطه A در این شکل دامنه بزرگی داشته باشیم و این دامنه از پیکهـای نویزهـای مجاور بیشترباشد،می توان آنرا بر حسب دامنه آشکار ساخت.اگر سطح آشکار سـازی را بالا ببریم ممکن است احتمال آشکار سازی پایین بیاید کما اینکه در آینده نیز به این نتیجـه
 
خواهیم رسید. برای مثال اگر در نظر بگیرید که نقاط B وC نیز سیگنال ارسالی از یـک هدف واقعی باشند ، در این صورت ممکن است بالا بردن سطح آشکار سـازی مـانع از بدست آمدن اطلاعات درست شود و اگر سطح آشکار سازی را برای بالا بـردن احتمـال آشکارسازی پایین ببریم در این صورت احتمال خطا بالا می رود. یعنی ممکن است جـایی
 
نویز بجای سیگنال واقعی آشکار سازی شود.انتخاب سطح آستانه مناسب یـک مصـالحه است که بستگی به این موضوع دارد که اهمیت یک اشتباه در هر یک از موارد (۱) یعنی از دست دادن یک هدف که وجود دارد و یا (۲) نشان دادن اشتباهی یک هدف که وجـود ندارد ، چقدر است.
 
فرض کنیم که پوش سیگنال شکل مورد نظر خروجی فیلتر تطبیق شده باشـد.یـک فیلتـر تطبیق شده به شکلی عمل می کند که نسبت پیک سیگنال خروجی بـه متوسـط نـویز را حداکثر کند. فیلتر تطبیق شده ایده ال عملا موجود نیست ولی می توان در عمل تا حـدودی سیستم را به آن نزدیک کرد.این چنین فیلتری برای راداری که پـالس مسـتطیل شـکل را
 
ارسال می کند ، دارای پهنای باند B است که برابر معکوس τ ، یا زمان ارسال سـیگنال در طول یک پریود ، می باشد. خروجی سیگنال از یک فیلتر تطبیقی دارای شـکل مـوج ورودی نمی باشد.
 
نسبت سیگنال به نویز لازم برای آشکارسازی مناسب، یکی از پارامترهای مهم اسـت کـه برای محاسبه حداقل سیگنال قابل آشکارسازی لازم است مشخص گردد.به طور کلی تصمیم گیری در این مورد بر اساس اندازه گیریهایی در خروجی ویدئو انجام می شود ، ولی ساده
 
تر است حداکثر نسبت توان سیگنال به نویز در خروجی تقویت کننده IF مـد نظـر قـرار گیرد.
(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)

:
 
با پیشرفت سریع جوامع شهری، تغییر وتحولات سریعی در زندگی شهرنشینی ایجاد شده است و هرساله بر تعداد وسایط نقلیه به ویژه در کلان شهرها، افزوده می شود. این افزایش که به عوامل متعددی از جمله رشد جمعیت، شرایط اقتصادی، اجتماعی، فرهنگی، مهاجرتها و… بستگی دارد، مسائل ومشکلات فراوانی را نیز با خود به دنبال دارد. با وجود آنکه هرساله میلیاردها ریال صرف احداث راه ها وجاده های جدید می شود، معضل ترافیک همچنان رو به افزایش بوده و حتی در برخی از ساعات شبانه روز به حد اشباع و غیر مطلوبی می رسد.
 
تاکنون روش های کنترل ترافیک بیشتر مبتنی بر روش های کنترل کلاسیک بوده است. در این روشها با بهره گرفتن از روش های آماری و منحنی های به دست آمده تجربی و نهایتا با تخمین برخی از متغیرهای موثر بر ترافیک سعی بر آن است که پارامترهای مورد نظر درآن سطح خاص کنترلی، به گونه ای مطلوب تنظیم شود. واضح است که این حد پاسخگویی سیستم های ترافیک در ازای پیچیدگی بالای ساختار شامل بخشهای : کنترل، مخابرات و کامپیوتر و هچنین حجم بالای هزینه های پیاده سازی و نگهداری به دست آمده است.
با گسترش کاربرد روش های هوشمند شامل هوش مصنوعی، منطق فازی و شبکه های عصبی و با توجه به قابلیت‌های متنوع آنها انتظار می رود که روش های فوق در حوزه های مختلف کنترل ترافیک شامل : برآورد وتعبیر و پردازش اطلاعات مختلف جمع آوری شده، برخورد و مدل سازی مناسب پارامترها و شرایط مبهم موجود در پروسه کنترل، پیشگویی آینده، افزایش قدرت یادگیری سیستم افزایش هوشمندی آنها بسیار پر کاربرد بوده و نتایج قابل قبولی را ارائه دهد. در این سمینار سعی برآن است که ضمن آشنایی با مفاهیم کلی موجود در مبحث کنترل ترافیک، روش های مختلف کنترل هوشمند ترافیک به ویژه کنترل مربوط به تقاطع ها معرفی و یک نمونه کاربرد عملی کنترل فازی با ترکیب الگوریتم ژنتیک که دریکی از بزرگراه های کشور ژاپن به کار گرفته شده است، ارائه و نتایج حاصل از اجرای آن بررسی و با روش های سنتی مقایسه شود.
در فصل اول کلیاتی راجع به روش های مختلف کنترل ترافیک و تحقیقات صورت گرفته در این زمینه ارئه شده است. در فصل دوم به معرفی اصول نظریه جریان کنترل ترافیک و روابط حاکم برارامترهای حاکم بر آن پرداخته شده است. فصل سوم به معرفی مختصری از اصول کنترل فازی و نحوه کاربرد آن در بخشهای مختلف کنترل ترافیک اختصاص داشته و در نهایت و در فصل چهارم یک نمونه کاربرد عملی منطق فازی و ترکیب آن با الگوریتم ژنتیک در کنترل ترافیک یکی از بزرگراه های کشور ژاپن ارائه و نتایج آن مورد بررسی قرار گرفته است. در فصل پنجم نیز نتیجه گیری و چند پیشنهاد ارائه شده است.
 
فصل اول
 
کلیـات
 
فصل اول : کلیات
 
(1-1 هدف
 
با گسترش سریع کلان شهرها، افزایش جمعیت، بهای سوخت، استفاده بهینه از ظرفیـت جـاده هـای موجود، مساله محیط زیست و… اهمیت

 مدیریتی موثر وکارآمد در کنترل ترافیک آشکار مـی شـود. در جهـت مقابله با مساله کنترل ترافیک شهری و بررسی موضوع کنترل ترافیک حدودا از سـال 1950، نظریـه هـایی ارائه گردید. تا قبل از این زمان رانندگان اطلاعات کافی و درستی راجع بـه مـساله کنتـرل ترافیـک نداشـتند ومسیر خود را تنها بر اساس فاصله انتخاب می کردند.

 
در گذشته فقط مساله کمبود جاده و ظرفیت خیابان به عنوان مشکل اصلی در نظر گرفتـه مـی شـد و هزینه های بسیاری صرف افزایش جاده ها وخیابان ها می گردید.امروزه فاکتورهای متعددی از جملـه روانـی ترافیک، کاهش زمان سفر، کاهش میزان توقفات در طول سفر، کاهش طول صف تشکیل شده در پشت چراغ قرمز و….. در مساله کنترل ترافیک مورد توجه می باشد. در این زمینه حتی اقدامات طویل المدت وپرهزینه ای نیز انجام می پذیرد. به طور مثال هم اکنون در بسیاری از کشورهای پیـشرفته رشـته ترافیـک در دانـشگاه ها تاسیس شده و کارشناسانی در این رشته به صورت آکادمیک تربیت می گردنند.
 
در مساله ترافیک به صورت کیفی وکمی عوامل بسیاری در افزایش ویا کاهش ترافیک موثرند که از آن جمله میتوان به عوامل فرهنگی مانند سطح فرهنگ ساکنان یک شهر ویا عوامل زمـانی همچـون ترافیـک در ساعات مختلف شبانه روز ویا موقعیت جغرافیایی خیابان ها وشریانها اشاره کرد. به طور خاص، راه، وسیله نقلیه وانسان ، سه عامل موثر در سیستم های حمل ونقل شهری به شمار می روند که تحولات هریک موجب تـاثیر شدید بر سیستم ترافیک داشته و کنترل هریک تاثیر فراوانی در حل این مشکل خواهد داشت.
 
تا کنون روش های کنترل ترافیک بیشتر مبتنی بر روش های کنترل کلاسیک ترافیک بوده اسـت. در ایـن روشها با بهره گرفتن از روش های آماری و منحنی های به دست آمده تجربی و نهایتا با تخمین برخی از متغیرهـای موثر بر ترافیک سعی بر آن است که پارامترهای مورد نظر درآن سطح خاص کنترلـی، بـه گونـه ای مطلـوب تنظیم شود.
 
در جهت رفع این نیاز، تا کنون بسته های نرم افزاری متعددی توسـط مراکـز حمـل ونقـل کـشورهای مختلف توسعه یافته اند که تا حدی پاسخگوی نیازهای موجود بوده است. البته این حـد پاسـخگویی سیـستم های کلاسیک در ازای پیچیدگی بالای ساختار شامل بخشهای : کنترل ، مخابرات و کامپیوتر و هچنین حجم بالای هزینه های پیاده سازی،( به علت تجهیزات به کار رفته) و نگهـداری بـه دسـت آمـده اسـت. از دیـدگاه کنترلی، سیستمهای کلاسیک موجود از الگوریتمهای مختلف برنامه ریزی ریاضـی (از جملـه الگـوریتم هـای برنامه ریزی خطی صحیح و الگوریتم های برنامه ریزی دینامیکی) استفاده می کنند که خود معمولا مشکلات عدیده ای از جمله حجم بالای محاسباتی و مشکل پیاده سازی را به دنبال دارند.
 
همچنین از جمله مشکلات و نواقص مطرح شده در روش های کلاسیک کنتـرل میتـوان بـه مـوارد زیـر اشاره کرد:
 
-1 برخورداری از سطح پایین هوشمندی در مواجه با شرایط و وضعیتهای پیچیده ترافیکی ، پیشگویی ،تخمین و بالاخره تصمیمگیری بهتر.
 
-2 عدم مدلسازی مناسب و واقع بینانه از ابهامات متعدد موجـود در بحـث کنتـرل ترافیـک (ابهامـات موجود در تعریف و یا تعیین پارامترهای ترافیکی و ابهامات موجود در مدل سـازی رفتـار راننـدگان و عـابران پیاده)
 
-3 عدم وجود ویژگی خود سازمانده1 در طراحی استراتژیهای ترافیک با پیشرفت تکنولوژی و وارد شدن کنترل هوشمند در زندگی بشر و به طور خاص معرفی تئوری فـازی
توسط پروفسور زاده مبحث کنترل ترافیک شهری به عنوان یکی از کاربردی ترین زمینه های بـه کـار گیـری سیستم های کنترل فازی مطرح و در سال1974 توسط mamdani و papis ، اولین مراحل کنترل ترافیک بـا به کار گیری کنترل فازی مطرح گردید. با به کـار گیـری سیـستم هـای کنتـرل ترافیـک جدیـد بـا قابلیـت هوشمندی سعی بر طراحی سیستم هایی است که توانایی تغییر فرم قوانین کنترلی، به منظور پاسخ دهی بـه تغییرات شرایط ترافیکی وسیاستهای حمل ونقل را داشته باشد.
با توجه به قابلیت‌های متنوع روش های هوشمند ( شامل هوش مصنوعی، منطق فازی و شبکه عصبی ) به ویژه در پوشش دهی و پاسخگویی مناسب به اهداف مورد نظر در بحث کنترل ترافیـک، پیـشنهاد اسـتفاده از روش های هوشمند، به عنوان یک راه حل جدید مطلوب خواهد بود. بـا توجـه بـه قابلیتهـای متنـوع روشـهای هوشمند انتظار میرود که روش های فوق در حوزه های مختلف کنترل ترافیک شامل برآورد وتعبیـر و پـردازش اطلاعات مختلف جمع آوری شده، برخورد و مدل سازی مناسب پارامترها و شرایط مـبهم موجـود در پروسـه کنترل، پیشگویی آینده ، افزایش قدرت یادگیری سیستم و بـالاخره افـزایش هوشـمندی سیـستم بـسیار پـر کاربرد بوده و نتایج قابل قبولی را به دنبال خواهد داشت.
 
در این سمینار سعی برآن است که روش های مختلف کنترل هوشمند ترافیک به ویژه کنترل مربوط بـه تقاطع ها معرفی و یک نمونه کاربرد عملی کنترل فازی با ترکیب الگوریتم ژنتیک که دریکی از بزرگراههـای کشور ژاپن به کار گرفته شده است، ارائه گردد و نتایج حاصل از اجرای آن بررسی وبا روش های سنتی مقایسه شود.
(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)

:
 
امروزه با افزایش سریع کلان شهرها و افزایش تعداد خودروها، اهمیت داشتن مدیریت ترافیک موثر و کارآمد بر کسی پوشیده نیست. تـاکنون روشـهای کنتـرل ترافیـک بیـشتر مبتنـی بـر روشـهای کنترلـی کلاسیک بوده است که با مسائلی همچون سطح پایین هوشمندی در مواجه با شرایط پیچیـده ترافیکـی و عدم مدلسازی مناسب، مواجه میباشند. در این پایان نامه سعی برآن است کـه بـا بـه کـارگیری تکنیـک آموزشی FHLA که بر مبنای شبکه های عصبی RBF و روش خوشه یابی فـازی عمـل مـینمایـد، نـوعی کنترل هوشمند برای تنظیم پارامترهای یک تقاطع ایزوله ارائه شود، به طوری کـه در نهایـت بـه کـاهش تاخیر وسایل نقلیه در عبور از تقاطع و جلوگیری از ایجاد اشباع در هر یک از ورودیهـای تقـاطع منتهـی گردد. به این منظور برای جمع آوری اطلاعات آماری از سطح تقاطع، برای ارزیابی وضعیت ترافیکی در هر لحظه، از روش های پردازش تصاویر حاصل از دوربینهای نصب شده در تقاطع ایزوله، استفاده شده است. در این پایان نامه و در فصل اول کلیاتی راجع به روش های مختلف کنترل ترافیک، و تحقیقات صـورت گرفتـه در این زمینه ارئه شده است. در فصل دوم به معرفی نظریه جریان کنترل ترافیـک و روابـط حـاکم بـر آن پرداخته شده است. فصل سوم به معرفی مختصری از اصول کنتـرل فـازی و برخـی از روشـهای آموزشـی شبکه های عصبی و معرفی کنترل کننده های نرو- فازی اختصاص دارد. در فـصل چهـارم، ارائـه الگـوریتم پیشنهادی FHLA و روش پیادهسازی آن صورت میپذیرد و در فصل پنجم به بررسی روش های اسـتخراج اطلاعات آماری ترافیک از تصاویر ویدئویی پرداخته میشود. در فصل ششم کنترلر نـرو- فـازی طراحـی و پس از شبیه سازیهای لازم در محیط برنامـه نویـسی MATLAB، تـاثیر بـه کـارگیری کنتـرل کننـده هوشمند با بهره گرفتن ازتکنیک FHLA و به کارگیری نوعی کنترل کلاسیک پیش زمانبندی شده، بر میزان سطح تاخیر و سطح اشباع ورودیهای تقاطع بررسی و مقایسه شده است.فصل هفتم نیز بـه ارائـه نتیجـه گیری وچند پیشنهاد اختصاص دارد.
 
کلیـات
 
فصل اول: کلیات
 
(1-1 هدف
 
امروزه با افزایش سریع کلان شهرها، افزایش تعداد خودروهـا، افـزایش بهـای سـوخت، مـساله محـیط زیست، استفاده مفید از ظرفیت جاده های موجود و…، اهمیت داشتن مدیریت ترافیک موثر و کارآمد بر کـسی پوشیده نیست.
 
در گذشته طراحان ترافیک تنها به نحوه حرکت وسایل نقلیه، به طـوری کـه در تقاطعهـا تـصادفی رخ ندهد، به عنوان مساله اصلی در مدیریت ترافیک توجه داشتند. امروزه مسائل عمده دیگـری نیـز مـورد توجـه میباشد که از جمله میتوان به کاهش تاخیر، کاهش توقفات، کاهش مصرف سـوخت، کـاهش طـول صـفهای پشت چراغ قرمز، حذف اثرات نویز، افزایش توجه به مسائل عابران پیاده وحرکت وسایل نقلیه سـنگین، اشـاره نمود. تاکنون روش های کنترل ترافیک بیشتر مبتنی بر روش های کنترلی کلاسیک بوده است. در این روشـها بـا استفاده از روش های آماری و منحنی های به دست آمده تجربی و نهایتا با تخمین برخی از متغیرهای مـوثر بـر ترافیک سعی بر آن است که پارامترهای مورد نظر درآن سطح خـاص کنترلـی، بـه گونـهای مطلـوب تنظـیم شود.[4]
 
تاکنون در جهت رفع این نیاز سیستمهای کنترل ترافیک متعددی توسط مراکز حمل ونقل کشورهای مختلف توسعه یافتهاند که تا حدی پاسخگوی نیازهای موجود بوده است. البته این حد پاسخگویی سیستمهای کلاسیک در ازای پیچیدگیهای بالای ساختار (شامل بخشهای کنترل، مخابرات و کامپیوتر) و هچنین حجـم بالای هزینه های پیاده سازی، (به علت تجهیزات به کار رفته) و نگهداری به دست آمدهاند. از دیدگاه کنترلـی، سیستمهای کلاسیک موجود از الگوریتمهای مختلف برنامه ریزی ریاضی (از جمله الگوریتمهای برنامـه ریـزی خطی صحیح و الگوریتمهای برنامه ریزی دینامیکی) استفاده میکنند که خود معمولا مشکلات متعددی مانند حجم بالای محاسباتی و مشکل پیادهسازی را

 به دنبال دارند. همچنین از جمله نواقص مطرح شده در کنتـرل سنتی ترافیک میتوان به مسائلی همچون برخورداری از سطح پایین هوشمندی در مواجه بـا شـرایط پیچیـده ترافیکی، عدم مدلسازی مناسب و واقع بینانه از ابهامات موجود در بحث کنتـرل ترافیـک (تعیـین پارامترهـا و مدلسازی رفتار رانندگان و عابران پیاده)، عدم وجود ویژگی خود سازماندهی، در طراحی استراتژیهای ترافیک، غیر قابل پیش بینی بودن شرایط ترافیکی حتی برای چند لحظه آینده و عدم دسترسی به جزئیات ایجاد شده مانند تعیین نوع خودرو و یا تغییرات سرعت آنها، اشاره نمود.

 
سیستمهای مورد بررسی در کنترل ترافیک میتوانند شامل موارد زیر باشد :[5]
 
-1 کنترل تقاطع ایزوله: کنترل جریان ترافیک تقاطع مجهز به چراغ بـدون در نظـر گـرفتن تـاثیر جریانهـای ترافیکی تقاطهای مجاور. .(isolated intersection control)
 
-2 کنترل تقاطعهای شریانی با شبکه باز: کنترل تعدادی تقاطع مجهز به چراغ وابسته به یکدیگر در طول یک شریان اصلی که وضعیت ترافیکی هریک بر تقاطع مجاور تاثیر دارد. (arterial intersection control)
 
-3 کنترل گسسته: کنترل روی تمام تقاطعهای مجهز به چراغ درکل شبکه شهری و یا بخشی از آن.
 
-4 کنترل ترافیک بزرگراه: کنترل روی جریان مسیرهای ورودی و مسیرهای خروجی با هدف کنترل ترافیـک روان در مسیر اصلی. (expressway control)
 
-5 کنترل عابران پیاده: کنترل عبور پیاده از خیابان با هدف تامین امنیت و کاهش زمان انتظـار.( pedestrian (control
 
اصولا سه نوع روش کنترلی برای تقاطعها مورد استفاده میباشد:
 
-1 کنترل زمان ثابت (fixed-time) :در این روش کنترلی، زمان تغییر چراغها از پیش تعیین شده و هیچگونه انعطافی در برابر شرایط ایجاد شده مانند وقوع تصادفات، ایجاد شـرایط خـاص مثـل تعطیلـی مـدارس، عبـور آمبولانس و… ندارد.
 
-2 کنترل از پیش زمانبندی شده : (pre-time control) در این نوع کنترل بر اساس الگوهای متعددی که از وضعیت یک خیابان به دست آمده است، زمانبندی چراغها صورت میپذیرد. مثلا در هر ساعت خاصی از شبانه روز مانند ساعات تعطیلی مدارس یا ساعات پیک تردد، مدت زمان سبز وقرمز بودن چراغها به گونهای متناسب تنظیم میشود، اما باز هم در برابر شرایط اضطراری غیر قابل انعطاف هستند.
-3 کنترل هوشمند : (intelligent control) در این نوع کنترل تغییر وضعیت چراغها کاملا به شرایط موجود و میزان درخواست بار ترافیکی بستگی دارد.
با مطرح شدن کنترل هوشمند در مهندسی کنترل و موفقیت این روشها در سیستمهای عملی، کاربرد روش های کنترل هوشمند درمبحث ترافیک نیز مطرح گردیده است.
 
به دلیل ویژگیهای خاص سیستم کنترل ترافیک شهری و از آنجا که رفتارهای پیچیده انسان از عوامـل موثر بر شرایط ترافیکی ایجاد شونده در این سیستم میباشد، کاربرد روش های هوشمند کنترل به جای روش های سنتی ضروری به نظر میرسد. به طور عمده مسائل اصلی در کنترل چراغ راهنمایی در یک تقاطع ایزوله توجه به کاهش تاخیر وسایل نقلیه و کاهش میزان توقفات و همچنین افزایش ظرفیت خیابانها میباشـد. در میـان ابزارهای مختلفی که برای برقراری ایمنی راه و حفظ نظام در جریان ترافیک موجود میباشد، ماننـد تابلوهـای راهنمایی، خط کشی ها، و سایر ابزار و وسایل نصب شده در خیابانهـا، موجـود میباشـد، زمانبنـدی چراغهـای راهنمایی برای کمینه کردن تاخیر و افزایش ظرفیت تقاطعها در منطق کنتـرل کـاربرد فراوانـی دارد. دریـک تقاطع ایزوله دو حالته که در این طرح مورد بررسی میباشد، تنها با دو فاز عملیاتی کار میشود، وقتی که چراغ در دو خیابان روبرو به هم سبز باشند، در دو خیابان مجاور قرمز میشود و برعکس. در یک کنترل هوشمند، بر اساس میزان درخواست ترافیکی در خیابان مورد کنترل، تغییرات چراغ و رفتن به فاز دیگر، صورت میگیـرد و مدت زمان مناسب برای سبز بودن یک چراغ تعیین میشود.
 
با توجه به قابلیت‌های متنوع روش های هوشمند (شامل هوش مصنوعی , منطق فازی و شبکه عصبی)، به ویژه در پوشش دهی و پاسخگویی مناسب به موارد فوق، پیشنهاد استفاده از روش های هوشمند، جهت پوشش دهی مشکلات فعلی، به عنوان یک راه حل جدید مطلوب خواهد بود. با توجه بـه قابلیتهـای متنـوع روشـهای هوشمند انتظار میرود که روش های فوق در حوزه های مختلف کنترل ترافیک شامل بـرآورد وتعبیـر و پـردازش اطلاعات مختلف جمع آوری شده، برخورد و مدلسازی مناسب پارامترها و شـرایط مـبهم موجـود در پروسـه کنترل، پیشگویی آینده، افزایش قدرت یادگیری سیستم و بالاخره افزایش هوشمندی سیستم، بسیار پر کاربرد بوده و نتایج قابل قبولی را به دنبال خواهد داشت.
 
در این پروژه پس از شناخت و تحلیل روابط حاکم بر متغیرهای ترافیکی، درجه اشباع هـر ورودی کـه نشان دهنده نسبت میزان درخواست بار ترافیکی به میزان ظرفیت آن ورودی میباشد، به عنوان پارامتر ورودی کنترل کننده در نظر گرفته شده و با روش های مبتنی بر بینایی ماشین اندازه گیری میشود. کنتـرل کننـده در هر مرحله نمونه برداری و در پایان زمان سیکل جاری، وضعیت همه ورودی را ارزیابی کرده و طـول چرخـه و طول زمان سبز اختصاص داده شده به هریک از خیابانها را در مرحله بعدی تعیین میکند تـا درجـه اشـباع در همه ورودی نسبتا یکسان و در سطح مناسبی قرار بگیرد. پس از طراحی ساختار قوانین کنترل کننده براساس پارامترهای فازی، الگوریتم آموزش مربوط به شبکه عصبی اجرا میگردد.
(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)