در مفصل زانو چهار لیگامان مهم وجود دارد که در اینجا، مکانیزم­ های ایجاد ضایعه در هر کدام از آنها بطور جداگانه شرح داده می­ شود:
لیگامنت جانبی داخلی^[۱۲]
این لیگامنت از اپی کندیل داخلی ران بطور مایل به سمت جلو کشیده شده و به قسمت داخلی و پروگزیمال استخوان دشت­نی ختم می­ شود. این لیگامنت در پشت تاندون عضلات سه سر ساقی^[۱۳] (گاستروکینموس و سولئوس) متصل می­ شود. لیگامنت جانبی داخلی در برابر نیروهای والگوس عبوری از زانو بخصوص در وضعیت اکستنشن کامل مقاومت می­ کند و در فلکشن زانو که سایر ساختار­ها نقش کمی در مقابله با نیروی والگوس دارند، از اهمیت زیادی برخوردار است. این لیگامنت در حرکت اکستنشن سفت شده و از اکستنشن بیش­ از حد زانو جلوگیری می­ کند و همچنین در کنترل چرخش خارجی به همراه جا به ­جایی قدامی و خلفی تیبیا در سرتاسر دامنه حرکتی نقش دارد. هنگامی که لیگامنت متقاطع قدامی (مانع اصلی در برابر جا به ­جایی قدامی تیبیا) وجود نداشته باشد، لیگامنت جانبی داخلی جایگزین آن می­ شود. نیروی والگوس زیاد و همچنین هایپر اکستنشن شدید زانو مکانیزم شایع آسیب این ساختار می­باشد(۲۲).
لیگامنت جانبی خارجی^[۱۴]
لیگامنت جانبی خارجی از اپی کندیل خارجی استخوان ران شروع و تا قسمت خلفی فیبولا ادامه می­یابد و هیچ گونه اتصالی به مینیسک یا کپسول مفصلی ندارد. این لیگامنت در طی اکستنشن زانو کاملأ سفت و کشیده می­ شود و در وضعیت فلکشن (بخصوص ۳۰ درحه فلکشن) این لیگامان شل می­ شود، در نتیجه وضعیت بی­حرکتی زانو حین ترمیم این لیگامنت،۳۰ درجه فلکشن می­باشد. لیگامنت جانبی خارجی در برابر نیروهای واروس عبوری از زانو خصوصأ در وضعیت فلکشن زانو مقاومت می­ کند و نیز در حین چرخش خارجی تیبیا سفت شده و سبب محدودیت حرکتی می­ شود. در حرکات ترکیبی جا به ­جایی خلفی تیبیا^[۱۵] و چرخش خارجی تیبیا این لیگامنت به لیگامنت متقاطع خلفی کمک می­ کند. هایپر اکستنشن زانو و نیروی واروس شدید، مکانیزم شایع آسیب این لیگامان می­باشد(۲۲).
لیگامنت متقاطع قدامی^[۱۶] (ACL)
لیگامنت متقاطع قدامی از قدام پلاتوی تیبیا شروع شده و بعد از عبور از زیر لیگامان عرضی به طرف بالا و عقب رفته تا به سطح داخلی کندیل خارجی استخوان ران متصل شود. این لیگامنت از دو باند قدامی – داخلی که سطحی­تر و بلندتر است و باند خلفی­-­­ خارجی که عمقی­تر است تشکیل شده است. در وضعیت اکستنشن زانو، باند قدامی­- داخلی شل و باند خلفی­- خارجی سفت می­ شود و در وضعیت فلکشن زانو، باند قدامی­- داخلی سفت و باند خلفی­- خارجی شل می­ شود. ACL مانع اصلی در برابر جا به ­جایی قدامی تیبیا نسبت به کندیل­های استخوان ران محسوب می­ شود. هایپر اکستنشن زانو، همچنین نیروی والگوس زیاد به همراه چرخش داخلی تیبیا از مکانیزم­ های شایع آسیب این لیگامان هستند. قطع کامل این منجر به افزایش جا به ­جایی قدامی تیبیا می­ شود و حس عمقی زانو را بشدت مختل می­ کند. عضله همسترینگ سینرژی^[۱۷] ACL محسوب می­ شود به این ترتیب هم انقباضی همسترینگ با ACL منجر به کاهش جا به ­جایی قدامی- خارجی تیبیا و چرخش داخلی آن در ۱۵ تا ۶۰ درجه فلکشن زانو می­ شود(۲۲).
لیگامنت متقاطع خلفی^[۱۸] (PCL)
لیگامنت متقاطع خلفی از قسمت عقب استخوان درشت­نی شروع می­ شود و سپس به طرف جلوی زانو آمده و به قسمت قدامی برجستگی داخلی استخوان ران اتصال می­یابد. ناتوانی که در اثر آسیب لیگامنت متقاطع خلفی اتفاق می­افتد نسبت به آسیب لیگامنت متقاطع قدامی کمتر است(۲۳). مکانیزم­ های شایع که باعث آسیب در لیگامان متقاطع خلفی می­ شود، بدین صورت است که در اثر وارد آمدن یک نیرو که بطور عرضی بر زانو وارد می­ شود، باعث می­گردد که استخوان ران به طرف جلو حرکت پیدا کند(۱۸).
شکل ۲-۱٫ لیگامنت­های زانو
۲-۳-۳-۲- مینیسک­ها^[۱۹]
در مفصل زانو دو مینیسک وجود دارد، یکی مینیسک داخلی که در طرف داخل مفصل زانو قرار داردو دیگری مینیسک خارجی که در طرف خارج مفصل زانو واقع است. مینیسک­ها از جنس فیبر و غضروفی هستند که باعث ایجاد تطابق بین سطوح مفصلی استخوان­های ران و درشت­نی می­شوند. همچنین باعث جذب و تحمل ضربات وارده بر زانو می­شوند. مطالعات بیومکانیکی نشان داده است که حداقل ۵۰ درصد از بار وارده به مفصل زانو در حرکت باز شدن زانو و ۸۵ درصد بار وارده در حرکت در حرکت ۹۰ درجه خم شدن زانو بوسیله مینیسک به دیگر نواحی منتقل می شود(۲۴ و ۲۵). مینیسک با لغزندگی خاصی که در حین حرکات زانو دارند، به حرکات مفصل زانو کمک می­ کنند. تغذیه مینیسک­ها از طریق سرخرگهای داخلی و خارجی صورت می­گیرد که تغذیه­ای نسبتأ ضعیف می­باشد. اطراف مینیسک­ها ضخیم­تر از قسمت مرکز مینیسک است. مینیسک داخلی به شکل C بوده و دارای یک تنه و دو شاخ قدامی و خلفی می­باشد و اتصالاتی به کپسول مفصلی و لیگامان جانبی داخلی و عضلات دارد. به خاطر همین چسبندگی­های متعددی که مینیسک داخلی دارد، میزان تحرک آن کم بوده و در نتیجه امکان ایجاد ضایعه و صدمه در آن نسبت به مینیسک خارجی بیشتر است. مینیسک خارجی به شکل O می­باشد و نسبت به مینیسک داخلی تحرک بیشتری دارد. بنابراین در هنگام وارد آمدن ضربه یا ایجاد چرخش در زانو امکان گیر افتادن آن و پاره شدن آن کمتر است. درمان مینیسک معمولأ بوسیله آرتروسکوپی راحت انجام می­ شود. تشخیص صحیح آسیب مینیسک بوسیله MRI در ابتدای آسیب­دیدگی و درمان مناسب بویژه در جوانان زیر ۴۰ سال برای طول عمر مفصل زانو مهم است(۲۴).

مینیسک می ­تواند در اثر عوامل زیر آسیب ببیند:

1. 1. در اثر پیچش و چرخش در زانو، در حالی که زانو خمیده است

1. 1. همراه با پارگی لیگامنت­های دیگر زانو.

1. 1. وجود آسیب­های مزمن در زانو یک عامل مستعد کننده است.

1. 1. وجود اشکال در خود مینیسک­ها نیز باعث آسیب می­ شود بعنوان مثال می­توان پارگی مینیسک در اثر عدم لغزش یا حرکت نکردن مینیسک درحین حرکات مفصل زانو را نام برد.

از علائم پارگی مینیسک می­توان به قفل شدن زانو، صدای مخصوص پوپ، وجود درد همراه با چرخش زانو یا خم نمودن زانو، خالی شدن زیر پا با راه رفتن روی سطح ناهموار، تورم و لاغری عضله چهار سر ران را نام برد(۱۸).
۲-۳-۴- کشکک
کشکک و استخوان ران در مجموعه مفصل زانو، مفصلی مجزا ایجاد می­ کنند که از لحاظ کارکرد با مفصل زانو مرتبط هستند. این مفصل که کشککی- رانی نامیده می­ شود، مستقیمأ وزن تنه را به پاها منتقل نمی­کند ولی به صورت خودکار در همه حرکات زانو شرکت می­ کند(۲۰ و ۲۶). آسیب­های کشکک، مانند دررفتگی و شکستگی استخوان کشکک در ورزش چندان شایع نیست. با این وجود یک ضربه مستقیم به طرف داخل کشکک مثل تکل با ناحیه فوقانی پا می ­تواند باعث جا به ­جایی و دررفتگی کشکک بطرف خارج مفصل بشود(۲۷).
۲-۳-۵- نوار خاصره­ای- درشت­نی­ای^[۲۰]
باند فیروزه­ای است که از بالای ران (تاج خاصره)، شروع و تا زیر زانو کشیده شده است و در زیر زانو به درشت­نی می­چسبد. در ثبات بیرونی مفصل زانو بویژه در هنگام دویدن نقش اساسی دارد. التهاب نوار خاصره­ای- درشت­نئی به دلیل آسیب و درد در نواحی خارجی زانو می­باشد که این آسیب بیشتر در دوندگان استقامتی و دوچرخه­سواران مشاهده می­ شود. نشانه التهاب در نوار خاصره­ای درشت­نئی درد در طرف بیرونی و بالای مفصل زانو می­باشد. استراحت و کاهش فعالیت­هایی همچون دویدن، دوچرخه­سواری و راه رفتن از جمله راه­های درمان عارضه التهاب نوار خاصره­ای- درشت­نئی می­باشد(۲۸).
۲-۴- عضلات زانو
۲-۴-۱- عضلات چهار سر ران
عضلات چهارسررانی اصلی ترین عضلات ثبات دهنده مفصل زانو می­باشند. این عضلات متشکل از چهار عضله­اند که در انتهای خود یک تاندون مشترک به نام تاندون عضله چهار سر ایجاد کرده ­اند. تاندون فوق در انتها به برجستگی استخوان درشت­نی در جلوی مفصل زانو می­چسبد. عمل و کار اصلی عضلات چهارسر، باز کردن یا صاف کردن زانوی خم شده است(۱۸). عضلات چهارسر رانی به نام­های عضله راست­رانی^[۲۱] ، پهن میانی^[۲۲] ، پهن داخلی^[۲۳] و پهن خارجی^[۲۴] می­باشند. عضله راست رانی، عضله­ای دو مفصله می­باشد که بیشتر صدمات در ورزش بر این عضله وارد می­گردد که این به دلیل سطح بیشتر و محل قرارگیری این عضله می­باشد. عضله پهن خارجی، عضله­ای تک مفصله و اولین عضله­ای می­باشد که بعد از آسیب زانو دچار آتروفی و ضعف می­ شود. عضلات پهن داخلی و پهن میانی دو مفصله می­باشند. عضله پهن داخلی به دلیل اتصال مورب تارهای بخش تحتانی این عضله با قدام بخش فوقانی- داخلی استخوان کشکک، در حفظ و ثبات و پایداری استخوان کشکک بر روی سطح کشککی استخوان ران نقش اساسی دارد. این عضله بطور واقعی و اساسی تا حدود ۱۰ الی ۲۰ درجه بخش پایانی حرکت بازکردن زانو، به کار گرفته نمی­ شود(۲۸).
۲-۴-۲- عضلات همسترینگ^[۲۵]
عضلات همسترینگ بطور اساسی و اولیه موجب خم کردن مفصل زانو و بطور کمکی و فرعی نیز باعث باز کردن مفصل زانو می­شوند. عضلات همسترینگ آنتاگونیست(مخالف) عضلات چهارسر در مفصل زانو محسوب می­شوند و نقطه شروع(سر ثابت) تمام عضلات همسترینگ از برجستگی نشیمنگاهی استخوان لگن می­باشد(۱۸). همسترینگ شامل سه عضله می­باشد؛ عضلات دوسررانی^[۲۶] ، نیم­وتری^[۲۷] و نیم­غشایی^[۲۸] ، که هر سه عضله دومفصله می­باشند. عضله دوسررانی در بازکردن و چرخش خارجی مفصل ران و خم کردن و چرخش خارجی مفصل زانو نقش دارد. عضلات نیم­وتری و نیم­غشایی نیز در بازکردن و چرخش داخلی مفصل ران و خم کردن و چرخش داخلی مفصل زانو نقش دارند(۲۶ و ۲۸).
۲-۴-۳- عضلات پنجه­غازی^[۲۹]
عضلات خیاطه، نیم­وتری و راست داخلی^[۳۰] جزو عضلات پنجه­غازی هستند و همگی آنها به برجستگی درشت­نئی (حدود ۷ سانتی­متر پایین­تر از مفصل زانو) متصل می­شوند. عمل اصلی عضلات فوق بجز خم­کردن زانو، در بعضی از مواقع به چرخش داخلی مفصل زانو هم کمک می­ کنند(۱۸).
۲-۴-۴- عضله رکبی^[۳۱]
این عضله از کندیل خارجی استخوان ران شروع شده و به پشت استخوان درشت­نی متصل می­ شود. وظایف و اعمال مهم این عضله شامل: جلوگیری از حرکات رو به جلو در استخوان درشت­نی، چرخش داخلی استخوان درشت­نی بر روی استخوان ران و کمک کردن به کپسول خلقی زانو و مینیسک خارجی زانو، می­باشند(۲۸).
۲-۴-۵- عضله دوقلو^[۳۲]
عضله­ای دو مفصله است که هم در پلانتار فلکشن مچ یا و هم در خم کردن مفصل زانو نقش دارد(۲۶).
۲-۵- وتر کشککی
وتر کشککی بسیار کوتاه است و از انتهای باریک تحتانی استخوان کشکک تا تکمه درشت­نی، یعنی برجستگی قسمت فوقانی استخوان درشت­نی امتداد دارد. در حالت عادی و طبیعی، وتر کشککی به صورت عمودی و مستقیمأ از انتهای باریک کشکک تا انتهای فوقانی استخوان ساق کشیده می­ شود. آسیب در وتر کشککی معمولا بر اثر فعالیت مکرر بوجود می ­آید. مثل دوی استقامت، دویدن متمادی در سراشیبی، لی­لی کردن و جست زدن، شوت زدن یا تمرین اسکات و مکانیک نادرست و تغییر یافته پا نیز می ­تواند در ایجاد کشیدگی وتر ناشی از کار بیش از حد موثر باشد. هنگامی که این وتر مجبور باشد زانو را از حالت کاملا خمیده و تحت فشار حرکت دهد، در واقع در وضعیت مکانیکی نامساعدی فعالیت می­ کند که وضعیت بسیار مساعدی برای کشیدگی است(۱۸).
شکل ۲-۲٫ عضلات زانو
۲-۶- آسیب
در گذشته رویکرد­های مختلفی در خصوص تعریف آسیب وجود داشته است. بیانیه­ی جامعی که در سال ۲۰۰۶ در ورزش فوتبال ارائه شد، جامع­ترین تعریف آسیب را چنین بیان کرد: حادثه­ای که در نتیجه شرکت در ورزش رخ می­دهد. سپس آسیب بیشتر به صدماتی که به مراقبت پزشکی^[۳۳] و ارزیابی یا درمان بوسیله یک متخصص پزشکی نیاز داشتند، گفته شد. زیر گروه دیگر این تقسیم ­بندی­ها بر اساس زمان از دست رفته^[۳۴] است. یعنی آن نوع آسیب­هایی که منجر به از دست دادن یک یا چند جلسه تمرین، بازی و یا فصل مسابقات می­شوند (۲۹ و ۱۰).
۲-۷- عوامل موثر در بروز آسیب
این عوامل به دو دسته عوامل خطرساز خارجی^[۳۵] و عوامل خطرساز داخلی^[۳۶] تقسیم می­شوند
۲-۷-۱- عوامل خطرساز خارجی
عوامل خطرساز خارجی عوامل محیطی و بیرونی اثرگذار و موثر بر آسیب هستند که زمینه­ بروز آسیب در فرد را بیشتر و یا ایجاد می­ کنند. این عوامل شامل مواردی همچون سطح رقابت، سطح مهارت، نوع کفش و دیگر موارد می­باشد. که در زیر به شرح این عوامل می­پردازیم.
شکل۲-۳٫ مدل علل بروز آسیب (میوویس۱۹۹۴; باهر و کراسهاگ، ۲۰۰۵)
سطح رقابت^[۳۷]
در مطالعات تکواندو بیشتر آسیب­های گزارش شده مربوط به مسابقات بوده و تحقیقات کمی آسیب تکواندوکاران در تمرینات را گزارش کرده ­اند(۳۰).
سطح مهارت^[۳۸]

۵۰ ۴۴۰/۳ ۲۱۲/۳ ۵۵۶/۳ ۵۰۰/۳ ۹۰۳/. ۸۵۴/۱ ۶۱۲/۵ ۴۴۹/. ۴۷۵/. ۸۲۱/۱ ۴۴۱/. ۴۳۹/. ۸۳۰/۱ ۴۴۷/. ۶۶۴/۱ ۴۵۶/.
۱۰۰ ۵۵۵/. ۶۹۰/. ۷۴۵/. ۴۲۳/. ۱۶۵/. ۲۱۳/. ۷۴۰/. ۱۲۷/. ۱۰۹/. ۳۳۹/. ۱۱۳/. ۱۵۱/. ۲۶۱/. ۱۳۵/. ۲۴۸/. ۱۴۴/.
۱۵۰ ۳۹۴/. ۶۱۵/. ۶۸۹/. ۲۵۰/. ۱۹۹/. ۲۳۱/. ۷۲۸/. ۳۲۷/. ۳۱۲/. ۴۰۱/. ۳۶۴/. ۲۰۳/. ۲۴۴/. ۱۸۹/. ۲۲۵/. ۱۸۳/.

F(2,10)
۲۵ ۴۷۴/۱ ۳۳۰/۱ ۳۶۰/۱ ۵۱۵/۱ ۲۲۵/. ۳۲۰/. ۲۳۱/۱ ۱۸۴/. ۱۲۹/. ۴۶۱/. ۱۳۵/. ۲۰۱/. ۳۸۱/. ۱۶۶/. ۲۴۶/. ۱۷۴/.
۵۰ ۳۵۷/. ۵۲۰/. ۶۱۱/. ۳۰۰/. ۱۴۹/. ۱۱۷/. ۳۱۰/. ۱۳۹/. ۰۸۲/. ۳۱۵/. ۰۹۰/. ۱۶۸/. ۲۱۵/. ۱۲۷/. ۱۷۷/. ۱۳۰/.
۱۰۰ ۲۴۳/. ۵۲۴/. ۶۲۵/. ۱۵۵/. ۱۳۶/. ۱۰۶/. ۱۰۲/. ۱۱۲/. ۰۵۸/. ۳۴۱/. ۰۶۵/ ۱۵۹/. ۱۹۹/. ۱۲۳/. ۱۶۰/. ۱۲۶/.
۱۵۰ ۲۹۸/. ۶۰۲/. ۶۹۲/. ۱۵۰/. ۱۴۵/. ۰۷۶/. ۰۵۴/. ۱۱۳/. ۰۵۳/. ۳۹۱/. ۰۶۶/. ۱۵۷/. ۲۰۰/. ۱۲۵/. ۱۷۰/. ۱۲۹/.

N(0,1)
۲۵ ۱۱۳/۱ ۲۶۳/. ۳۰۳/. ۰۴۴/۱ ۰۵۳/. ۰۹۱/۳ ۱۶۵/۱ ۱۱۵/. ۰۶۹/. ۲۵۰/. ۰۴۹/. ۱۲۵/. ۰۹۹/. ۰۵۱/. ۰۸۶/. ۰۶۴/.
۵۰ ۱۱۲/. ۲۲۹/. ۲۴۱/. ۱۱۵/. ۰۶۷/. ۹۰۱/. ۲۶۱/. ۱۲۰/. ۰۴۱/. ۲۲۹/. ۰۴۴/. ۱۳۵/. ۱۲۲/. ۰۵۰/. ۰۷۳/. ۰۶۲/.
۱۰۰ ۰۶۰/. ۳۶۱/. ۳۶۴/. ۰۵۹/. ۰۸۱/. ۳۰۲/. ۰۸۱/. ۱۱۴/. ۰۲۲/. ۳۵۷/. ۰۴۰/. ۱۲۱/. ۱۶۴/. ۰۶۲/. ۱۰۰/. ۰۵۵/.
۱۵۰ ۰۷۸/. ۴۵۲/. ۴۶۰/. ۰۶۵/. ۰۹۳/. ۱۶۶/. ۰۴۵/. ۱۱۶/. ۰۲۰/. ۴۶۱/. ۰۴۰/. ۱۲۷/. ۱۸۸/. ۰۵۷/. ۱۲۹/. ۰۶۴/.

T(2)
۲۵ ۶۳/۶۴ ۱۴/۲۳ ۷۰/۲۶ ۷۸/۶۴ ۱۱/۱۳ ۶/۱۲۰ ۲۱/۸۸ ۹۵۱/۴ ۹۲/۲۰ ۲۱/۲۴ ۲۰/۱۰ ۹۰۰/۴ ۸۱۱/۹ ۱۲۷/۱۰ ۱۲/۱۸ ۱۲۴/۹
۵۰ ۳۴/۱۷ ۸۱۲/۴ ۹۷۰/۴ ۳۵/۱۷ ۵۵۰/۱ ۵۴/۳۹ ۳۵/۲۵ ۴۱۰/. ۳۷۰/۲ ۸۰۲/۴ ۹۹۴/. ۳۸۰/. ۹۴۱/. ۹۳۰/. ۸۱۲/۳ ۸۱۹/.
۱۰۰ ۴۶۱/۲ ۶۱۲/. ۶۳۰/. ۵۶۶/۲ ۶۰۱/. ۱۳/۱۵ ۱۲۳/۹ ۳۳۲/. ۱۰۲/۳ ۶۱۳/. ۸۰۰/. ۳۰۹/. ۳۱۲/. ۶۴۵/. ۶۶۰/. ۵۴۸/.
۱۵۰ ۵۲۵/. ۴۱۵/. ۴۱۲/. ۵۶۰/. ۲۲۰/. ۷۱۴/۹ ۸۸۰/۴ ۱۸۴/. ۴۴۰/ ۱ ۴۱۱/. ۴۵۲/. ۱۷۱/. ۱۷۱/. ۲۶۶/. ۲۰۰/. ۲۷۱/.

F(2,10)
۲۵ ۱۱۰/۸ ۴۴۷/۱ ۵۳۱/۱ ۲۱۱/۸ ۲۳۴/. ۱۵/۱۹ ۲/۱۰ ۱۱۶/. ۲۲۹/. ۴۴۴۷/۱ ۱۱۲/. ۱۱۹/. ۲۲۹/. ۱۱۸/. ۵۱۵/. ۱۰۱/.
۵۰ ۲۰۰/۱ ۳۴۵/. ۴۰۱/. ۱۸۵/۱ ۱۴۸/. ۳۳۰/۸ ۵۱۲/۳ ۱۲۵/. ۳۴۳/. ۳۵۲/. ۱۴۱/. ۱۲۳/. ۱۶۰/. ۱۲۹/. ۲۱۸/. ۱۲۴/.
۱۰۰ ۱۵۹/. ۳۴۶/. ۳۴۷/. ۱۴۲/. ۰۶۶/. ۹۹۵/۱ ۷۱۷/. ۰۶۹/. ۱۲۷/. ۳۴۷/. ۰۴۰/. ۰۷۱/. ۱۲۲/. ۰۴۱/. ۰۹۴/. ۰۴۹/.
۱۵۰ ۱۲۵/. ۴۲۹/. ۴۳۱/. ۰۹۱/. ۰۶۹/. ۲۰۳/۱ ۳۵۳/. ۰۶۷/. ۰۹۸/. ۴۲۹/. ۰۳۱/. ۰۶۴/. ۱۴۰/. ۰۳۷/. ۱۰۵/. ۰۴۱/.

فصل سوم
برآوردگر رگرسیون ریج خطی شده در رگرسیون خطی
در این فصل ابتدا به مطالعه و بررسی بیشتر در مورد برآوردگر لیو معرفی شده در فصل یک، پرداخته می شود، سپس با بهره گرفتن از این برآوردگر، برآوردگر ریج خطی شده را بدست می آوریم و در ادامه دو نوع تعمیم یافته از برآوردگر لیو را معرفی می کنیم و سپس با بهره گرفتن از معیار به بهینه کردن سه برآوردگر معرفی شده در این فصل می پردازیم.
۳ – ۱- ارزیابی برآوردگر لیو
همانطور که در فصل یک آمده است، برآوردگر لیو از ترکیب برآوردگرهای ریج و استاین بدست می آید. این برآوردگر که به برآوردگر لیو معروف است، به صورت زیر می باشد: (۳ – ۱)
همانطور که مشاهده می شود این برآوردگر یک تابعی خطی از پارامتر لیو است و بنابراین راحت تر از در براوردگر ریج معمولی برآورد می شود.

( اینجا فقط تکه ای از متن پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

بر اساس شکل کانونی معادله (۱- ۱) که در فصل دوم آن را معرفی کردیم، برآوردگرهای حداقل مربعات معمولی، ریج و لیو برای پارامتر به ترتیب به صورت زیر خواهند بود:
(۳ – ۲)
قضیه ۳ – ۱: مقدار وجود دارد به طوری که
اثبات: برای اثبات این قضیه، با بهره گرفتن از معیار باید ثابت شود که یک ، وجود دارد به طوریکه
طبق تعریف داریم:
از آنجائیکه:
و
بنابراین:

شکل ‏۴‑۱۴: رابطه‌ی جریان- اشغال به مدت دو روز ۶۶

شکل ‏۴‑۱۵ : نمودار هیستوگرام و نمودار Q-Q نرمال در محدوده‌ی اشغال ۰~۱۵% ۶۹

شکل ‏۴‑۱۶: نمودار هیستوگرام و نمودار Q-Q نرمال در محدوده‌ی اشغال ۴۰~۳۰% ۶۹

شکل ‏۴‑۱۷: احتمال تجمعی ظرفیت (محدوده اشغال: ۰~۱۵%) ۷۱

شکل ‏۴‑۱۸: ظرفیت بر حسب درصد در دو گلوگاه با بهره گرفتن از روش کنترل Zone اصلی ۷۷

شکل ‏۴‑۱۹: تصویری از AIMSUN هنگام تحلیل ۷۹

فصل اول

کلیات تحقیق

۱-۱ مقدمه

رشد جمعیت و اشتغال، با اتکای بر خودرو و سیستم‌های بزرگراهی به عنوان ابزار اصلی تحرک شهری همراه شده است، این موضوع مسئولیت عظیمی در بخش زیرساخت های حمل و نقل وارد کرده است. با توجه به توسعه شهری، عدم دسترسی راه‌ها و محدودیت‌های زیست محیطی، اضافه کردن خطوط بیشتر و یا ساخت بزرگراه اضافی راه حل‌هایی بلند مدت نیستند. در عوض، استراتژی‌های مدیریت موثر در بزرگراه در حال توسعه برای به حداکثر رساندن استفاده از زیرساخت‌های موجود ترجیح داده می‌شود.

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

رمپ می‌تواند به عنوان اتصال بین دو تسهیلات بزرگراه تعریف شود که شامل مقطعی از راه با طول کافی است تا ایمنی پیوستن وسایل نقلیه از رمپ ورودی به مسیر اصلی را تضمین نماید. با افزایش تقاضای وسایل نقلیه در رمپ ورودی، موقعیت‌های نامعینی برای پیوستن به بزرگراه شلوغ بوجود می‌آید. برای کنترل تقاضای اضافه شده به رمپ ورودی، چندین استراتژی کنترل رمپ^[۲] با محدود کردن تعداد وسایل وارد شده به جریان اصلی توسعه یافته‌اند. کنترل رمپ، یکی از موثرترین استراتژی های مدیریت بزرگراه، به مدت طولانی بوده که قادر به تولید مزایای زیادی برای عموم خواهد بود. مواردی از قبیل افزایش میزان خروجی^[۳] در گلوگاه‌^[۴]ها، کاهش زمان سفر، بهبود قابلیت اطمینان زمان سفر و کاهش تعداد تصادفات و همچنین انتشار آلودگی وسایل نقلیه )۲۰۰۱ (Cambridge Systmatics,. در این روش کنتورهای رمپ به صورت علائم ترافیکی کنترل کننده که بر روی رمپ‌های ورودی آزادراه‌ها و بزرگراه‌ها نصب می‌شوند، میزان خودروهایی که به خط اصلی وارد می‌شوند را کنترل می‌نمایند. به طوری که میزان جریان پایین دست افزایش نیابد. بدین وسیله انتقال حداکثر جریان ترافیک با سرعت یکنواخت امکان پذیر است.کنترل رمپ‌ها در تخلیه ترافیک در یک نرخ اندازه‌گیری شده بر اساس شرایط لحظه‌ای^[۵] ترافیک نقش دارند، در نتیجه به خاطر اجتناب از نقض توازن حساس تقاضا- ظرفیت^[۶] در مسیر راه اصلی^[۷] جریان ترافیک آرام ادامه می‌یابد. از سوی دیگر، کنترل رمپ‌ها ترافیک رمپ را با بهره گرفتن از شکستن دسته^[۸]‌های ورودی وسایل نقلیه به منظور کاهش اغتشاش در نواحی همگرا تنظیم می‌کنند. در نتیجه تصادفات برخورد از پهلو و عقب که ناشی از محدودیت دسترسی رمپ هستند کاهش می‌یابند. با این حال، کنترل رمپ‌ها پتانسیل ایجاد صف‌های طولانی را دارند که ممکن است موجب انسداد^[۹] جریان از رمپ بالادست و اغتشاش در عملکرد سطح خیابان شود.

۱-۲ شرح مسئله

یک استراتژی کنترل رمپ موثر و موفق به طور کلی روابط بین جریان خط اصلی و زمان انتظار وسیله نقلیه و صف در ورودی رمپ‌ها را بهبود بخشیده و متعادل می‌سازد. بنابراین، دو محدودیت در تعارض کنترل رمپ عبارتند از: ظرفیت بزرگراه و صف رمپ. یک نمونه استراتژی اجرا شده کنونی، کنترل ناحیه طبقه بندی شده یا (SZM) می‌باشد. در این استراتژی، محدودیت‌ ظرفیت بررسی شده است. در نظر گرفتن این محدودیت‌، از یک سو، تعادل بین ظرفیت تقاضا را در بزرگراه حفظ می‌کند؛ از سوی دیگر، تاخیر حداکثر رمپ تحت شرایط مرزی از پیش تعیین شده را در بیشترین حد ممکن نگه می‌دارد.

با این حال، پیاده سازی و ارزیابی استراتژی‌های کنترل رمپ نشان می‌دهد که این محدودیت به دلایل زیر نمی‌تواند رضایت بخش عمل کند. اول اینکه، فرض بر اینست ظرفیت بزرگراه ثابت و مقداری از پیش تعیین شده است. ظرفیت ثابت برای برخی از برنامه‌های کاربردی مانند طراحی و برنامه‌ریزی بزرگراه کافی است، اما برای عملکرد لحظه‌ای بزرگراه مانند کنترل رمپ مناسب نیست. مقدار ظرفیت ثابت اغلب بزرگتر از مقدار ظرفیت موجود در شرایط حاکم است. این موضوع منجر به تراکم^[۱۰] بالا در بزرگراه‌ها خواهد شد که به دلیل آزاد سازی بیش از حد وسایل نقلیه از رمپ ها به وجود خواهد آمد. از طرفی دیگر، مقدار ظرفیت ثابت کمتر از مقدار واقعی منجر به ایجاد صف‌های طولانی در رمپ خواهد شد. دوم اینکه، روش دقیق برای تخمین طول صف در رمپ وجود ندارد. معمولا یک معادله رگرسیون واحد که از پیش کالیبره شده به منظور برآورد طول صف در تمام رمپ ها استفاده می‌شود. این یک مورد برای استراتژی SZM فعلی است. ارزیابی دقیق (Liu و همکاران، ۲۰۰۷) نشان می‌دهد که گاهی اوقات مدل برآورد طول صف مقداری کم‌تر از مقدار واقعی را نشان می‌دهد که این موضوع منجر به افزایش زمان انتظار^[۱۱] خواهد شد. در رمپ‌های دیگر نیز که طول صف بالاتر از واقعیت در نظر گرفته میشود، نتیجه آن آزاد سازی^[۱۲] بیشتر وسایل نقلیه در راه اصلی و تسریع در شروع تراکم خواهد بود.

در این پایان نامه، دو پتانسیل ارتقا دهنده برای مقابله با مشکلات مطرح شده پیشنهاد شده است. پیشنهادها بر اساس طراحی بهبود یافته برای روش برآورد ظرفیت بزرگراه است که ظرفیت را به صورت متغیر بر اساس شرایط حاکم بزرگراه محاسبه می‌کند، به ویژه هنگامی که یک مقطع متراکم می‌شود. در روش اول، یک روش ساده برای برآورد ظرفیت لحظه‌ای ارائه شده که به طور کلی برای کنترل لحظه‌ای و برنامه‌های مربوط به رسیدگی به کاستی‌های متداول به دلیل ثابت فرض شدن ظرفیت مناسب است. در روش دوم، بر اساس این یافته‌ها که ظرفیت لحظه‌ای برای یک طیف گسترده از سطح اشغال^[۱۳] و تراکم از توزیع نرمال^[۱۴] تبعیت می‌کند، یک استراتژی کنترل رمپ جدید با محدودیت احتمال^[۱۵] پیشنهاد شده است، که در آن مقدار ظرفیت بسته به شرایط ترافیک لحظه‌ای به صورت پویا تغییر می‌کند و در نهایت احتمال قابل قبول از سطح ریسک تعیین شده^[۱۶] ارائه شده است. یک راه حل برای این نوع از برنامه‌های محدودیت احتمال به طور کلی است و باید برای برنامه‌های کنترل مختلف نیز قابل اجرا باشد. این روش‌ها در استراتژی منطقه (ZONE) و SZM اجرا و از طریق شبیه‌سازی میکروسکوپیک ارزیابی شده است.

۱-۳ اهداف پژوهش

پژوهش شرح داده شده در این پایان نامه اهداف زیر را دنبال می‌کند:

تعریف روشنی از ظرفیت عملی^[۱۷] تحت شرایط جریان ترافیکی متغیر و توسعه روش‌های برآورد بهبود یافته ظرفیت بزرگراه که بر اساس ظرفیت متغیر محاسبه شده است و همچنین افت ناگهانی^[۱۸] ظرفیت وقتی که تراکم شروع می‌شود.

برای بررسی رفتار تصادفی^[۱۹] ظرفیت عملی بزرگراه

تنظیم استراتژی کنترل رمپ با شرایط محدودیت احتمال

نمایش کاربرد روش‌های پیشنهادی از طریق پیاده‌سازی با یک استراتژی خاص، و ارزیابی اثربخشی با بهره گرفتن از شبیه سازی ترافیکی میکروسکوپیک.

۱-۴ سابقه تحقیق و اهمیت پژوهش

بررسی رفتار تصادفی ظرفیت عملی بزرگراه و تاثیرآن در کنترل رمپ موضوعی نسبتاً جدید است. استراتژی مورد استفاده در اینجا به صورت به هنگام و بر اساس داده های زمان واقعی ترافیک در بزرگراه به منظور تعیین سیاست کنترل تعیین می شود.

– استفاده از روش کنترل رمپ به عنوان یکی از راهکارهای مدیریت ترافیک در بزرگراه ها یا آزادراه ها از سال ۱۹۶۰ در شهرهای دیترویت، شیکاگو و لس آنجلس شروع گردید.

– مطالعات پیشین شامل مطالعات میدانی و مطالعات شبیه سازی می باشد.

– ایده استفاده از الگوریتم ZONE و اعمال محدودیت ظرفیت در تحقیقات بسیاری مانند (Lau ، ۱۹۹۶) به کار برده شده است.

– در HCM 2000 به رفتار تصادفی ظرفیت اشاره شده است.

– Brilon W. در سال ۲۰۰۵ مفهومی تصادفی از ظرفیت ارائه داد.

– Uchidaو Munehiroدر سال ۲۰۱۰ به بررسی تاثیر رفتار تصادفی ظرفیت بر روی زمان سفر در شبکه شهری پرداختند.

بررسی رفتار تصادفی ظرفیت عملی بزرگراه و تاثیرآن در کنترل رمپ موضوعی نسبتاً جدید است و در نظر گرفتن اثر آن در کنترل رمپ باعث بهینه سازی جریان ترافیک در شرایط متراکم می‌شود.

۱-۵ فرضیه‌های پژوهش

ممکن است در بررسی هر پدیده، پارامترهای متعددی تاثیرگذار باشد ولی نکته قابل توجه در مورد این پارامترها این است که تعداد زیادی از این پارامترها روی نتیجه نهایی تاثیر چندانی نخواهد داشت. در نتیجه مناسب است در یک بررسی علمی برای کاهش حجم محاسبات و جلوگیری از رخداد خطاهای احتمالی، هم‌چنین به دلیل ساده‌سازی فرایند محاسبات و افزایش سرعت، پارامترهایی که اثر چندانی در نتیجه نهایی ندارند را با فرض ثابت بودن، از فرایند محاسبات حذف گردند.در این تحقیق سعی شد به جهت رفع مشکلات فرض‌های زیر در نظر گرفته شود:

– مسیر فاقد قوس‌های افقی و شیب‌های طولی تاثیرگذار بر عملکرد ترافیک است.

– مدل شبیه سازی به صورت میکروسکوپیک در نظر گرفته شده است.

– اثرگذاری جریان پایین دست روی ظرفیت عملی بزرگراه

۱-۶ روش انجام پژوهش

– مطالعه و گردآوری اطلاعات از طریق مرور و بررسی مقالات معتبر موجود و استفاده از آیین نامه ها

– شبکه مورد مطالعه شامل بزرگراه و رمپ ورودی برای بررسی رفتار تصادفی ظرفیت عملی بزرگراه انتخاب و سپس داده های واقعی حجم با بهره گرفتن از فیلم برداری و سپس مشاهده و شمارش جمع آوری شد.

– برداشت حجم جریان و تخصیص آن به نرم افزار با بهره گرفتن از نرم افزار ترافیکی AIMSUN

– تعریف گزینه ها و تعیین پارامترهای الگوریتم های کنترل رمپ

– تحلیل شبکه و برداشت خروجی نرم افزار شامل زمان تأخیر بزگراه و …

– ارائه نتایج شامل ترسیم نمودارهای ارزیابی و مدل رگرسیون مربوط به آن

– تعیین گزینه برتر شامل الگوریتم و پارامتر ورودی آن.

۱-۷ مراحل پژوهش

این پایان نامه در پنج فصل سازماندهی شده است. فصل ۲ مروری بر تحقیقات گذشته است که اکثر حالات استراتژی‌های کنترل رمپ را بررسی می‌کند و شامل الگوریتم ZONE و جایگزین این روش، استراتژی Stratified Zone Metering (SZM) می‌باشد. در فصل ۳ مبانی و کلیات روش‌های استفاده شده بیان شده است و فصل ۴ دو روش برای بهبود برآورد ظرفیت بزرگراه ارائه می‌دهد. همچنین در فصل ۴ نتایج با بهره گرفتن از شبیه سازی میکروسکوپیک ارزیابی شده است. در نهایت، فصل ۵ خلاصه‌ای از یافته‌ها همراه با جمع بندی، ملاحظات و پژوهش‌های آینده را ارائه می‌دهد.

۱-۸ دامنه کاربرد

در این پژوهش بر لزوم استفاده از سیستم کنترل رمپ در ورودی بزرگراه‌های کشور و بهبود عملکرد شبکه حمل و نقل با در نظر گرفتن محدودیت رفتار تصادفی ظرفیت عملی بزرگراه ها تاکید شده است.

– محققین و موسسات پژوهشی که در مورد کنترل رمپ و ظرفیت عملی بزرگراه ها تحقیق و بررسی می‌کنند، می‌توانند از نتایج استفاده کنند.

– از نتایج حاصله می‌توان در طراحی و اجرای سیستمهای مدیریت ترافیک آزادراهی و بزرگراهی استفاده نمود.

فصل دوم

پیش زمینه و مروری بر تحقیقات گذشته

۲-۱ مقدمه

در طول ۴۰ سال گذشته، انواع مختلفی از کنترل رمپ به صورت تجربی در بسیاری از مناطق جهان مورد استفاده قرار گرفته است. در آمریکا، از اوایل سال ۱۹۶۳، شیکاگو اولین کنترل رمپ موثر را در اتوبان آیزنهاور پیاده کرد. در سال ۱۹۷۱، بیش از ۳۰ کنترل رمپ با موفقیت در بزرگراه مرکزی شمالی در دالاس فعالیت می‌کردند. در حال حاضر، در حدود ۴۳۰ کنترل رمپ در مینیاپولیس، سنت پل نصب شده و استفاده می‌شود. اولین کنترل رمپ‌ها در این منطقه از سال ۱۹۷۰ در جنوب I-35E مرکز شهر سنت پل اجرا شد. در سال ۲۰۰۲، ۲۹ منطقه شهری در ایالات متحده آمریکا مجهز به سیستم کنترل رمپ شدند (U.S. Department of Transportation ، ۲۰۰۹ ).

۲-۲ بهبود در برآورد ظرفیت بزرگراه

محدودیت ظرفیت بزرگراه عنصر مرکزی برای کنترل رمپ است که از تعادل حساس بین ظرفیت و تقاضا حمایت می‌کند. به طور سنتی، ظرفیت بزرگراه ثابت فرض شده و مقداری از پیش تعیین شده است. که برای برخی از کاربردها مانند طراحی و برنامه‌ریزی بزرگراه مناسب است. با این حال، برای کاربردهای لحظه‌ای مانند کنترل رمپ مناسب نیست. زیرا همانطور که در مطالعه اولیه اشاره شد ظرفیت طبیعتی تصادفی^[۲۰] دارد. (Elefteriadou و همکاران، ۱۹۹۵؛ Evans و همکاران، ۲۰۰۱؛ Polus و Pollatschek، ۲۰۰۲؛ Brilon و همکاران، ۲۰۰۵). ثانیا، این موضوع به خوبی شناخته شده که معمولا وقتی تراکم شروع می‌شود، ظرفیت کاهش می‌یابد، با این حال از این موضوع در کنترل بزرگراه و کاربردهای شبیه سازی چشم پوشی می‌شود. در بسیاری از استراتژی‌های پیشرفته هماهنگ شده، مانند ZONE در Minnesota (Lau ، ۱۹۹۶) و Stratified Zone Metering در Minnesota (Lau ، ۲۰۰۱)، ظرفیت مقداری ثابت و اغلب بزرگتر از مقدار دیکته شده توسط شرایط حاکم است و منجر به تراکم بالاتر در بزرگراه به خاطر آزادسازی بیش از حد وسایل نقلیه از رمپ می‌شود. از جهتی دیگر، اگر مقدار ظرفیت ثابت انتخاب شده، کمتر از مقدار واقعی باشد منجر به تولید صف‌های طولانی در رمپ خواهد شد.

بر مبنای این مشاهدات، طراحی یک روش برای بهبود برآورد ظرفیت بزرگراه مطلوب است. در این روش، ظرفیت متغیر بزرگراه بر اساس شرایط حاکم به ویژه هنگامی که تراکم در یک مقطع آغاز می‌شود، محاسبه می‌شود. در اینجا دو روش برای حل این مشکل پیشنهاد شده است. اولین روش پیشنهادی، یک روش ساده به منظور برآورد ظرفیت لحظه‌ای به جای مقداری ثابت در بزرگراه با ظرفیت محدود شده است. وقتی تراکم شروع می‌شود، استفاده از ظرفیت عملی متغیر در زمان توصیه می‌شود. در اینجا، ظرفیت عملی توسط روش میانگین متحرک بر اساس شمارش ترافیک لحظه‌ای برآورد می‌شود. روش ترکیبی در استراتژی SZM از طریق میکرو شبیه ساز^[۲۱] آزمایش شده است.

دومین استراتژی کنترل رمپ یک روش توسعه یافته با محدود کردن احتمال برای از بین بردن کاستی‌های مقدار ظرفیت ثابت فرض شده در روش سنتی است. مطالعه تابع چگالی احتمال ظرفیت در شرایط متفاوت جریان با بهره گرفتن از داده‌های ۵ دقیقه‌ای در طول دوره‌ی آزمایش در ۲ گلوگاه از مقطع بزرگراه انجام شده است. در ادامه تشخیص داده شد که داده‌ها به صورت نرمال توزیع یافته‌اند. برای این نوع مشکل رفتار تصادفی، برنامه‌ریزی احتمال محدود شده^[۲۲] (CCP)، اهدافی قوی برای مدل کردن سیستم تصمیم گیری با رفتار تصادفی پیشنهاد می‌کند (Charnes و Cooper، ۱۹۶۳؛ Liu ، ۲۰۰۲). از این رو، یک برنامه خطی تصادفی^[۲۳] برای کنترل رمپ با محدودیت احتمال تنظیم شده است. در نهایت، الگوریتم ZONE پیشرفته با محدودیت احتمال تصادفی لحظه‌ای توسعه داده و با شبیه سازی میکروسکوپیک آزمایش شد.

۲-۲-۱ برآورد ظرفیت لحظه‌ای

ظرفیت بزرگراه یک متغیر اساسی در طراحی و برنامه ریزی مهندسی ترافیک است. تحقیقات در مورد این موضوع از چند دهه گذشته تاکنون ادامه داشته است و مدل‌های بسیاری برای برآورد ظرفیت بر اساس نوع داده‌های ترافیک در دسترس ارائه شده است. روش‌های سنتی برای برآورد ظرفیت در آیین نامه ظرفیت بزرگراه ارائه شده است (HCM، ۲۰۰۰). هر چند این روش برای مطالعات اولیه کافی است اما اشاره می‌کند که در واقعیت رفتار ظرفیت تصادفی است (Elefteriadou و همکاران، ۱۹۹۵؛ Evans و همکاران، ۲۰۰۱؛ Polus و Pollatschek، ۲۰۰۲؛ Brilon و همکاران، ۲۰۰۵). بر مبنای رابطه بین فاصله بین وسایل نقلیه یا سر فاصله^[۲۴] و ظرفیت، دو مدل برای فاصله بین وسایل نقلیه شناخته شده است، مدل تعمیم یافته صف Branston (Branston، ۱۹۷۶) و مدل نیمه پواسون^[۲۵] Buckley (Buckley، ۱۹۶۸)، با جمع آوری داده‌های زمانی فاصله بین وسایل نقلیه توسعه داده شد. این دو مدل بر مبنای نظریه‌ایست که تمام عناصر راننده و خودرو در سطح ظرفیت محدود شده اند. با این حال، روش فاصله بین خودرو یا روش سرفاصله ممکن است بهترین راه برای تخمین یک مقدار قابل اعتماد برای ظرفیت نباشد، چون با بررسی‌های مختلف معلوم می‌شود مقدار ظرفیت بالاتر از ظرفیت جاده در واقعیت تخمین زده شده است. (Hoogendoorn و Botma، ۱۹۹۶؛ Botma و Westland، ۱۹۸۰).

روش‌های مختلفی برای برآورد ظرفیت زمانی که حجم ترافیک می‌تواند مشاهده شود وجود دارد. به عنوان مثال، ظرفیت می‌تواند به سادگی با انتخاب نرخ جریان حداکثر اندازه گیری شده در طول مدت مشاهده یا مقدار حداکثر مورد انتظار با بهره گرفتن از روش توسعه یافته توسط Hyde و Wright (1986) برآورد شود. در این اینجا، دو رویکرد آماری در روش مقدار حداکثر مورد انتظار استفاده شده است: روش احتمال مستقیم و روش تقریبی. اما چون هر دو رویکرد بر اساس فرضیه مشاهده حجم ترافیک که به طور متوسط در تمام فواصل یکسان و از هم مستقل توزیع شده‌اند است، ظرفیت برآورد شده توسط این روش وابستگی بیشتری به مدت فاصله‌ی متوسط دارد. بنابراین، این روش ارزش عملی کمتری برای طراحی و مدل سازی بزرگراه دارد (Minderhoud و همکاران، ۱۹۹۷).

Minderhoud و همکاران (۱۹۹۷) درباره‌ی کاربرد روش محدودیت محصول برای برآورد ظرفیت بر اساس دو داده حجم ترافیک و سرعت بحث می‌کنند. این روش نیاز به مشاهده گروه‌های مختلفی از حالات ترافیکی شامل وضعیت ترافیک جریان آزاد و وضعیت ظرفیت دارد. برای اطمینان از وضعیت ظرفیت مشاهده شده، یک مکان گلوگاهی باید انتخاب شود. سپس روش محدودیت محصول می‌تواند به منظور برآورد توزیع ظرفیت استفاده شود. روشن است که این روش می‌تواند برآورد خوبی از ظرفیت فراهم آورد. زیرا از اطلاعات وضعیت ترافیک بهره می‌گیرد و به جای مقداری واحد یک توزیع را ارائه می‌دهد.

وقتی که دو متغیر از سه متغیر: جریان ترافیک، سرعت و چگالی شناخته می‌شوند، ظرفیت می‌تواند با بهره گرفتن از روشی که به اصطلاح روش نمودار اساسی^[۲۶] نامیده می‌شود برآورد شود. این روش بر اساس رابطه بین این سه متغیر است (May، ۱۹۹۰). در حال حاضر، نمودار اساسی به خاطر استفاده گسترده شناساگرهای حلقه^[۲۷]‌ ای که می‌توانند دو فاکتور حجم ترافیک و اشغال را ثبت کنند، به راحتی می‌تواند رسم شود. با این حال، مقدار ظرفیت تخمین زده شده به مدل انتخاب شده وابسته است. چرا که مدل‌های فراوانی^[۲۸] برای یافتن تناسب بین داده‌ها موجود است.

یک روش آنلاین توسط Arem و Van der Vli (1993) به منظور برآورد ظرفیت فعلی ارائه شده است. این روش بر اساس پردازشی برای به روز رسانی نمودار اساسی که تحت شرایط اولیه و از پیش تعیین شده معین شده است، عمل می‌کند. با بهره گرفتن از کالیبراسیون، این روش نشان می‌دهد که ظرفیت در وضعیت ترافیکی و شرایط آب و هوایی متفاوت، تغییر می‌کند. اما این روش در برآورد ظرفیت در حالی که هنوز ترافیک جریانی آزاد دارد انجام شده است. این موضوع برای برآورد ظرفیت لحظه‌ای وقتی که تراکم شروع می‌شود مناسب نیست.

تا وقتی که روش‌های فوق ظرفیت نظری^[۲۹] را برآورد می‌کنند، برای کاربردهای لحظه‌ای مانند کنترل رمپ کافی نیستند. زیرا به طور کلی هنگامی که ظرفیت کاهش می‌یابد، تراکم شروع می‌شود. در عوض، آنچه نیاز است ظرفیت عملی لحظه‌ای است که در شرایط ترافیکی فعلی بسیار موثر است.

۲-۲-۲ برآورد جریان ترافیک کوتاه مدت

مقالات زیادی در رابطه با برآورد جریان ترافیک در کوتاه مدت وجود دارد. ساده‌ترین آنها استفاده از روش‌های آرام سازی است. به عنوان مثال، Stephanedes و همکاران (۱۹۸۱) از روش ساده‌ی میانگین متحرک به منظور برآورد جریان ترافیک ۵ دقیقه‌ای برای کنترل لحظه‌ای استفاده کرده است. پس از آن، Okutani وStephanedes (1984) اعمال الگوریتم Kalman Filter را به منظور برآورد حجم ترافیک شهری اجرا کردند. روش متداول دیگر میانگین متحرک جامع کاهنده خودکار^[۳۰] (ARIMA)است که برای اولین بار توسط Ahmed و Cook (1979) برای پیش بینی ترافیک تولید شد. پس از آن، Davis و همکاران (۱۹۹۰) یک مدل واحد از ARIMA را برای پیش بینی فرموله کردن گلوگاه یک بزرگراه به کار بردند. Hamed و همکاران (۱۹۹۵) یک مدل برای پیش بینی حجم ترافیک شهری به کار بردند. Williams و همکاران (۱۹۹۸) روش فصلی ARIMA را برای پیش بینی جریان ترافیک شهری پیشنهاد دادند. به تازگی، به روش‌های غیر پارامتریک پرداخته شده است. برای مثال، Smith و Demetsky (1996) عملکرد نزدیکترین همسایگی برای مدل رگرسیون غیر پارامتریک را آزمایش کرد. Clark و همکاران (۱۹۹۳) شبکه عصبی مصنوعی^[۳۱] (ANN) موثری را بررسی کرده‌اند.

روش‌های پیشرفته‌تر مانند ARIMA، ARIMA فصلی ، Kalman Filter و ANN، ممکن است برآورد دقیق‌تری را تولید کنند. با این حال، دو عامل برای محاسبه نیاز است. اول این که آیا روش برای اجرا آسان است. چون روش‌ها در سیستم کنترل رمپ لحظه‌ای نیاز به اجرا شدن دارند، بنابراین بهتر است که روش ساده‌تر باشد. به عنوان مثال، ANN برای اجرا کمی مشکل است. عامل دوم، زمان محاسبه است. علاوه بر این، بهتر است پارامتری که نیاز به کالیبراسیون آفلاین دارد وجود نداشته باشد، انتخاب شود. با توجه به ملاحظات فوق، از روش ساده میانگین متحرک به منظور برآورد جریان ترافیک حداکثر در فاصله زمانی بعدی^[۳۲] استفاده می‌شود. این روش عملکرد برجسته‌ای در ارزیابی آفلاین داشته است.

۲-۳ الگوریتم‌های کنترل رمپ

در طول سال‌های گذشته، تعدادی از استراتژی‌های کنترل رمپ از نوع ساده به استراتژی‌های کنترل پیچیده و بسیار پیچیده‌تر توسعه یافته‌اند. استراتژی‌های کنترل رمپ براساس واکنش^[۳۳] به ترافیک می‌تواند به دو دسته‌ کنترل بهینه استاتیک و کنترل بهینه دینامیک تقسیم شود.

کنترل بهینه استاتیک شامل استراتژی‌های کنترل رمپ ثابت ، پیش زمان بندی شده و زمانی از روز است. این استراتژی‌ها به صورت نا به هنگام و بر پایه تقاضای زمانی (داده‌های ترافیک) تعیین می‌شوند. نرخ‌های کنترل رمپ متفاوت برای زمان‌های متفاوتی از روز مطابق با تقاضا تنظیم خواهد شد. مزیت این استراتژی‌ها این است که اجازه می‌دهند تعداد وسایل نقلیه سرویس داده شده حداقل شود تا مسافت پیموده شده کل، کمینه شده یا صف‌های رمپ بالانس شود. عیب به کارگیری این استراتژی‌ها آن است که تغییر تقاضا در یک روز و یا از یک روز به روز دیگر را که می‌تواند به اضافه بار جریان اصلی در زمان ازدیاد تقاضا یا بهره‌برداری پایین‌تر در زمان کاهش تقاضا در بزرگراه منجر شود درنظر نمی‌گیرند. استراتژی کنترل رمپ زمان ثابت توسط Papageorgiou به استراتژی کنترل پویا توسعه یافته است. (Papagiorgiou M., ۱۹۹۱)

کنترل رمپ‌های واکنشی که کنترل بهینه دینامیک نیز نامیده می‌شود به صورت به هنگام و بر اساس داده‌های زمان واقعی ترافیک در بزرگراه به منظور تعیین سیاست کنترل تعیین می‌شوند. داده‌های ترافیک مانند جریان، سرعت و اشغال شناسایی خواهد شد و نرخ‌های کنترل رمپ‌ در طول زمان تغییر می‌کند. کنترل رمپ‌ واکنشی مزیت‌های مشابهی با کنترل رمپ زمان ثابت دارد. با این وجود این کنترل رمپ‌ها به علت توانایی‌شان برای جلوگیری از ازدحام برجسته‌اند.

با توجه به ساختار کنترل مورد بحث، استراتژی‌های کنترل رمپ‌ واکنشی می‌تواند به دو دسته تقسیم بندی شود:

کنترل رمپ محلی (و یا جدا شده)^[۳۴] که کنترل رمپ جدا شده تنها در شرایط ترافیکی که به صورت محلی اندازه گیری شده، می‌باشد. و بخش‌های بزرگراه را به صورت جدا شده بررسی می‌کند، مانند ورودی بزرگراه، شبکه منطقه‌ای بزرگراه که آنها را در رمپ خاصی محاسبه می‌کند. چون شرایط ترافیکی به صورت محلی اندازه‌گیری می‌شود می‌تواند بر ازدحام محلی در نزدیکی رمپ اثر بگذارد.

و سیستم کنترل رمپ گسترده (و یا هماهنگ شده)^[۳۵] که گروهی از کنترل کننده‌های رمپ‌های ورودی در بزرگراه با در نظر گرفتن شرایط ترافیک در کل بزرگراه هماهنگ خواهند شد. سیستم کنترل گسترده شرایط محاسبه را فراتر از رمپ‌های مجاور و در مقطع طولی بزرگراه انجام می‌دهد. زمانی که نرخ کنترل^[۳۶] برای هر رمپ منحصر به فرد محاسبه شد، اطلاعات به منظور دستیابی به سطح بالای سیستم جمع بندی می‌شود. هدف سیستم هماهنگ شده، دستیابی به شرایط ترافیکی بهینه برای کل سیستم است. این گروه شامل کنترل رمپ اشتراکی، کنترل رمپ رقابتی و کنترل رمپ‌ مکمل است.

الگوریتم‌های ALINEA و الگوریتم Bottleneck در این فصل و الگوریتم ZONE و استراتژی SZMدر این فصل بعد شرح داده شده‌اند. این الگوریتم‌ها نمونه‌هایی از طراحی تجربی هستند که در مقیاس بزرگ با موفقیت پیاده سازی شدند.

۲-۳-۱ الگوریتم ALINEA

ALINEA (Asservissement LINeaire d’Entree Autroutiere) یک الگوریتم کنترل محلی است که به صورت بازخورد ترافیکی عمل می‌کند. این الگوریتم توسط Papageorgiou و همکاران (۱۹۹۱) توسعه یافته است. ALINEA یکی از متداول‌ترین و موثرترین الگوریتم‌هایی است که بسیار استفاده می‌شود. عملکرد این الگوریتم به این صورت است که نرخ کنترل را برای نگه داری درصد اشغال رمپ پایین دست بزرگراه در یک سطح مطلوب تنظیم می‌کند. یک معادله ساده برای محاسبه نرخ کنترل مورد استفاده قرار گرفته است:

(۲-۱)

: ۱، ۲، … . شاخص گسسته زمان؛

: نرخ آزاد شده رمپ در طول اجرای دوره کنترل K؛

: نرخ آزاد شده رمپ در طول اجرای دوره کنترل K-1؛

: درصد اشغال اندازه گیری شده در پایین دست بزرگراه (میانگین روی تمام باند^[۳۷]ها) برای دوره کنترل K-1؛

: پارامتر تنظیم؛

: به طور معمول مقدار مطلوب درصد اشغال برای پایین دست، اما لزوما نیست.

: (درصداشغال بحرانی^[۳۸]، زمانی که نرخ جریان پایین دست بزرگراه به ظرفیت می‌رسد، مشابه درصد اشغال پایین دست بزرگراه است).

نگرانی اصلی از کنترل محلی اینست که در نزدیکی رمپ محلی باید تراکم کاهش و شرایط بهبود یابد. با این حال، مشکلات تراکم ممکن است به محل پایین دست رمپ منتقل و در آنجا آشکار شود. از اینرو، کنترل رمپ محلی توصیه نمی‌شود.

روند رایج نزدیک به الگوریتم‌های هماهنگ شده است که در آن جریان ترافیک در سراسر یک مقطع از بزرگراه و بیشتر از یک رمپ واحد به صورت بهینه طراحی می‌شود. این موضوع به منظور دستیابی به بهره‌وری گسترده در سیستم است. از نمونه‌های معمول می‌توان الگوریتم گلوگاه یا Bottleneck در Seattle، الگوریتم ZONE در Minnesota و استراتژی کنترل ZONE طبقه بندی شده یا SZM اشاره کرد.

۲-۳-۲ الگوریتم Bottleneck

اصل اساسی الگوریتم گلوگاه یا Bottleneck (Jacobsen و همکاران، ۱۹۸۹) توسط وزارت حمل و نقل در واشنگتن^[۳۹] توسعه داده شد و ثابت کرد که جریان در هیچ یک از مناطق گلوگاه از پیش تعیین شده از ظرفیت تجاوز نمی‌کند. محاسبات الگوریتم شامل دو مورد اندازه گیری نرخ کنترل محلی و نرخ کنترل گلوگاه است. محدودترین مورد از این دو به عنوان نرخ کنترل نهایی انتخاب خواهد شد.

نرخ کنترل محلی که از قبل تعیین شده به صورت مجموعه‌ای محدود از نرخ‌های کنترل گسسته، بر مبنای سطح اشغال در مجاورت رمپ انتخاب می‌شود. برای هر کنترل رمپ یک رابطه نرخ سنج / اشغال راه اصلی توسط پنج جفت اشغال- نرخ کنترل معرفی می‌شود. نرخ کنترل با ورود بین هر جفت برای اشغال راه اصلی واقعی تعیین می‌شود.

نرخ گلوگاه زمانی که هر دو شرط زیر با هم مواجه شوند محاسبه می‌شود:

اشغال آستانه ای از حد خود فراتر رود.

وسایل نقلیه همچنان در مقطع ذخیره شوند.

اگر هر دو شرط با هم برقرار شوند، نرخ کنترل برای قطعه^[۴۰] i در مدت زمان t+1 که به صورت زیر تعریف می‌شود، کاهش می‌یابد:

(۲-۲)

کاهش حجم در معادله (۲-۲) محاسبه می‌شود ، فاکتورهای وزنی عوامل معین شده توسط فاصله رمپ از گلوگاه و تقاضای معمول روی رمپ برای محاسبه نرخ کنترل گلوگاه قابل استفاده هستند. بدین ترتیب تعداد وسایل نقلیه ورودی به راه اصلی از این رمپ‌ها به خاطر ذخیره سازی تعدادی وسایل نقلیه در مقطع بزرگراه کاهش می‌یابد. هر رمپ ممکن است چندین نرخ کنترل گلوگاهی داشته باشد که محاسبه می‌شود و در پایان محدودکننده‌ترین آنها به عنوان نرخ کنترل گلوگاه نهایی انتخاب می‌شود.

این الگوریتم نرخ کنترل گلوگاه نهایی را با نرخ کنترل محلی مقایسه می‌کند و مورد محدودکننده‌تر را انتخاب می‌کند. گام نهایی تعدیل نرخ کنترل برای شرایط مختلف رمپ مانند صف بندی^[۴۱] است. الگوریتم گلوگاه از دو مرحله برای فرایند کنترل صف استفاده می‌کند. بخش اول تنظیم صف است. به این صورت که وقتی صف یک رمپ به طول معینی می‌رسد، نرخ کنترل برای آن رمپ به آرامی افزایش می‌یابد. مرحله دوم، قطع کردن پیشروی صف است. به این صورت که وقتی صف به بیشترین طول مجاز می‌رسد، کنترل رمپ متوقف^[۴۲] می‌شود.

الگوریتم گلوگاه در Seattle یکی از بهترین الگوریتم‌های کنترل رمپ ابتکاری و مفهومی است که در این زمینه اجرا شده است. از مزایای آن می‌توان به لحظه ای، هماهنگ ، در عین حال ساده و منطقی (بر مبنای عرضه- تقاضا و حفظ جریان) و انعطاف پذیر (تعداد کمی پارامتر قابل تعدیل) بودن اشاره کرد.

فصل سوم

مبانی و اصول و متدولوژی

۳-۱ استراتژی‌های کنترل رمپ استفاده شده در پژوهش

از استراتژها‌ی کنترل رمپ، الگوریتم ZONE و استراتژی SZM در این پژوهش استفاده شده که شرحی از آنها در این فصل گنجانده شده است.

۳-۱-۱ الگوریتم ZONE

الگوریتم ZONE (1996 (Lau, در Minneapolis، منطقه Paul در امتداد شرق I-35در سال ۱۹۷۰ معرفی شد. در این الگوریتم بزرگراه به چند ناحیه یا زون تقسیم می‌شود. ناحیه یا زون به عنوان یک مقطع یک سویه از بزرگراه با طول ۳ تا ۶ مایل تعریف شده است. مرز بالادست زون معمولا یک منطقه با جریان آزاد است. مرز پایین دست گلوگاهی است که نسبت تقاضا / ظرفیت در آن زون بالاترین مقدار است.

مفهوم اساسی الگوریتم زون ایجاد تعادل بین حجم ورودی و حجم آزاد شده ترافیک در زون است. در هر مدت کنترل ۳۰ ثانیه‌ای، معادله نگهداری زون برای محاسبه مجموعه‌ی حجم‌ها از رمپ‌های کنترل شده استفاده می‌شود. معادله نگهداری زون می‌تواند به صورت زیر بیان شود:

(۳-۱)

یا

(۳-۲)

A : حجم مسیر اصلی بالا دست است، یک متغیر اندازه گیری شده؛

U : مجموع حجم رمپ‌های کنترل نشده است، یک متغیر اندازه‌گیری شده؛

M : مجموع حجم رمپ‌های کنترل نشده با دسترسی محلی است، یک متغیر کنترل^[۴۳]؛

F : مجموع حجم‌های بزرگراه به رمپ های کنترل شده بزرگراه است، یک متغیر کنترل ؛

X : مجموع حجم‌های رمپ خروجی است، یک متغیر اندازه‌گیری شده؛

B : ظرفیت گلوگاه پایین دست است، یک مقدار ثابت؛

S : فضای موجود بین زون برای ترافیک ورودی است، یک متغیر محاسبه شده بر مبنای اشغال از طریق شناساگرهای راه اصلی ؛

نرخ کنترل سیستم- سطح برای هر رمپ با مقایسه M+F که در معادله (۳-۲) به صورت لحظه‌ای اندازه‌گیری شده، در یک مجموعه با حد آستانه‌ای معین شده است. برای هر تغییر بزرگ خارجی بدون از دست دادن شرایط ترافیکی غالب ، مجموع ۵ دقیقه‌ای در معادله (۳-۲) کاربرد دارد. باید به این موضوع توجه کرد که مقدار ۵ دقیقه برای B مجموعه‌ای است که به طور معمول عددی ثابت خواهد بود و معادل ۱۲/۱ بالاترین نرخ جریان ثبت شده در یک ساعت در ۱۵ روز است.

هم چنین یک نرخ کنترل محلی- سطح در الگوریتم ZONE با پذیرش مکانیزم کنترل اشغال محاسبه شده است. هر رمپ کنترل شده به تعداد معینی ایستگاه شناساگر در پایین دست بزرگراه مرتبط شده است. اشغال بر مبنای نرخ کنترل برای هر رمپ بر اساس بزرگترین مقدار اشغال متناظر ایستگاه شناساگر در پایین دست بزرگراه خواهد بود. دلیل این تنظیم حذف تاثیر منفی موقت حوادث است. اگر یک حادثه رخ دهد و یک گلوگاه موقت در پایین دست رمپ کنترل شده تولید کند، محدودکننده ترین نرخ کنترل برای هر رمپ نیاز است تا از ناکارایی بعدی پیشگیری کند.

سرانجام، محدودکننده ترین نرخ کنترل از دو مورد بالا برای اجرای پروژه انتخاب می‌شود.

نتایج ارزیابی)۲۰۰۱ (Cambridge Systmatics, نشان می‌دهد استراتژی کنترل ZONE در بهبود توان خروجی بزرگراه، افزایش سرعت بزرگراه، کاهش تاخیر ناشی از تراکم بزرگراه و همچنین تاخیر بیش از حد در رمپ که منجر به نارضایتی عمومی می‌شود بسیار موثر است. استراتژی کنترل Zone طبقه بندی شده در منطقه Minnesota برای سازگاری با نگرانی‌های عمومی درباره زمان انتظار روی رمپ‌ها توسعه داده شد.

۳-۱-۲ استراتژی کنترل Zone طبقه بندی شده (SZM)

استراتژی کنترل Zone طبقه بندی شده (SZM) یکی از الگوریتم‌های کنترل رمپ است که با دیگر الگوریتم‌ها در رقابت است. این الگوریتم جانشین مفهومی و تابعی از الگوریتم ZONE و کاملا متفاوت از آن است. گذار الگوریتم ZONE به الگوریتم SZMنشانگر تغییر با تاکید از جریان بزرگراه به سبک و سنگین کردن بین ترافیک بزرگراه و وسایل نقلیه رمپ است. شرح مفصلی از استراتژی جدید کنترل رمپ در بخش بعدی ارائه شده است.

فلسفه کنترل

دو هدف از استراتژی کنترل SZM به حداکثر رساندن توان خروجی بزرگراه و تضمین کاهش زمان انتظار رمپ نسبت به حد آستانه ای از پیش تعیین شده برای هر رمپ است. در این الگوریتم دو محدودیت وجود دارد. یکی محدودیت زمان انتظار رمپ است، که زمان انتظار رمپ تحت مقدار از پیش تعیین شده در طول دوره کنترل را محدود می‌کند. دیگری محدودیت ظرفیت زون است که ورودی زون را طوری تنظیم می‌کند که کل حجم ورودی از ظرفیت زون تجاوز نکند. بازتاب این دو محدودیت، دو سطح طراحی در استراتژی SZM خواهد بود: طراحی سطح رمپ^[۴۴] و طراحی سطح زون و لایه^[۴۵].

طراحی سطح رمپ

حداقل نرخ آزاد سازی در هر ۳۰ ثانیه توسط معادله (۳-۳) برای اطمینان از محدودیت اول محاسبه می‌شود.

(۳-۳)

: بیشترین زمان انتظار از پیش تعیین شده

N : طول صف برآورد شده رمپ با بهره گرفتن از معادله تجربی

معمولا برای رمپ محلی به بزرگراه، ۴ دقیقه (۲۴۰ ثانیه) و برای رمپ بزرگراه به بزرگراه، ۲ دقیقه (۱۲۰ ثانیه) انتخاب می‌شود. در الگوریتم رایج SZM، طول صف N توسط معادله (۳-۴) محاسبه شود.

(۳-۴)

: طول ذخیره شده صف بین کنترل رمپ و شناساگر صف (یک پارامتر از پیش کالیبره شده برای هر رمپ)

: چگالی صف برآورد شده با بهره گرفتن از نرخ آزادی کنترل (Ra)

(۳-۵)

Ra : مجموع نرخ آزادی

طراحی سطح زون و لایه

به عنوان یکی از ویژگی‌های منحصر به فرد از استراتژی SZM، بزرگراه به تعدادی زون تقسیم و زون‌ها نیز در چند لایه گروه‌بندی می‌شوند. یک نمایش ترسیمی از این گروه‌بندی را می‌توان در مقاله Xin و همکاران (۲۰۰۶) یافت. بر اساس ساختار زون- لایه نسبت ورودی و خروجی در یک زون معین به صورت زیر توصیف می‌شود:

(۳-۶)

M : جریان رمپ ورودی کنترل شده است (کنترل شده توسط الگوریتم)

A : جریان اندازه گیری شده راه اصلی بالادست

U : کل جریان ورودی اندازه گیری شده در رمپ کنترل نشده

X : کل جریان اندازه گیری شده در رمپ خروجی

B : ظرفیت راه اصلی در پایین دست

S : ظرفیت ذخیره شده در راه اصلی، که بر اساس تفاوت بین تراکم کل زون و تراکم فعلی زون که از پیش کالیبره شده، محاسبه می‌شود.

ظرفیت راه اصلی در پایین دست (B) ظرفیت مورد انتظار راه اصلی در محل است. این ظرفیت بر اساس برآورد ظرفیت در باند اول سمت راست^[۴۶] () و برآورد ظرفیت برای باندهای دیگر () با واحد veh/hour/lane محاسبه می‌شود. و به طور دقیق،

(۳-۷)

حجم کل رمپ (M) در سراسر رمپ‌های کنترل شده در زون متناسب با تقاضایشان توزیع شده است. این قاعده پردازش برای تمام زون‌ها به طور مداوم برای هر لایه بعد از لایه‌های دیگر انجام شده است. چنان چه برخی زون‌ها در رمپ روی هم بیفتند چندین نرخ آزاد سازی تعیین می‌شود. و نرخ آزاد سازی نهایی محدودکننده ترین نرخ تعیین شده است.

۳-۱-۳ ارزیابی مقدماتی

بررسی نزدیک درباره‌ی عملکرد و اجرای کنترل رمپ‌های پیشرفته هماهنگ شده مانند الگوریتم ZONE و استراتژی Stratified Zone Metering معلوم می‌کند که اگرچه کنترل رمپ‌ها در مقایسه با گزینه‌های بدون کنترل بسیار موثر هستند، اما در اجرا به دلیل خارج شدن سیستم از تعادل تقاضا- ظرفیت و همچنین محدودیت صف در رمپ شرایط ممکن است بدتر شود. مسبب این موضوع فرض سنتی درباره‌ی ثابت در نظر گرفتن حجم ظرفیت و به تبع آن تخمین طول صف است. ظرفیت برآورد شده نادرست اغلب بزرگتر از مقدار واقعی در شرایط موجود است. که به احتمال زیاد موجب کاهش آزاد سازی نرخ رمپ و در نتیجه افزایش تاخیر رمپ بیش از حد خواهد شد. یا اینکه مقدار کمتر نسبت به واقعیت نتیجه‌اش حجم بیش از حد و در نهایت تشدید بیشتر تراکم خواهد بود. بنابراین، توسعه برآورد ظرفیت بزرگراه که به صورت ظرفیت متغیر بر مبنای شرایط حاکم است پاسخی به تقاضای واقعی در شرایط بزرگراه خواهد بود.

۳-۲ برآورد ظرفیت لحظه‌ای

استفاده از داده‌های واقعی از ایستگاه‌های مورد نظر

طرفداران این مکتب جغرافیایی معتقدند در علم جغرافیای شهری، پدیده های گوناگون فضای زندگی را نمی توان به طور جداگانه و مستقل از یکدیگر مطالعه کرد. در واقع در مکتب ساختار گرایی، پدیده های جغرافیایی یا شهری به طور مجزا در کنار هم قرار نمی گیرد. بلکه هر پدیده ی جغرافیایی شهری جزئی از کل ساختاری است و تنها در درون این ساختار می توان آن را تحلیل کرد، زیرا کل ساخت فضای زندگی بر هر پدیده ی جغرافیای شهری اثر میگذارد یا به عبارت دیگر هر موضوع جغرافیای شهری را با توجه به موضوعات و پدیده های دیگر و در درون یک ساخت جغرافیایی می توان بررسی کرد.( شکوئی، ۱۳۸۸۵: ۱۲۳ )

• نظریه رفتار انسانی

این تئوری توسعه و گسترش فضایی- کالبدی شهرها را نتیجه رفتار انسانی می داند و معتقد است که در طی پروسه ی تکاملی، به همان گونه که خود انسان تکامل می یابد، شهرها هم گسترش و توسعه میابند. شهرها به منزله انسان مادینه ای هستند که متولد می شوند، بالغ می گردند، تولید مثل میکنند و بالاخره می میرند.^[۶] (استوارت چیپین) یکی از بانیان این نظریه معتقد است برای این که بتوانیم تصویری حقیقی از چگونگی و توسعه شهرها بدست دهیم لازم است تا پروسه ی تکامل اجتماعی انسان را به دقت مطالعه کرده و از خطوط عمده ی آنها برای تعیین آینده که به صورت برنامه ریزی های شهری عرضه می گردند، مدد بگیریم (ادیبی، ۱۳۵۶: ۱۲۰). ^[۷](دورکیم) تمرکز و تراکم جوامع و اشکال فضایی ناشی از آن را معلول روابط اجتماعی می داند که به نوبه ی خود تأثیری محلی بر روابط اجتماعی دارد. مصنوعات مادی حکم قالبهایی را دارند که ریخته گری اعمال و کنش های ما ناگزیر درون آن انجام میشود. ( افروغ، ۱۳۷۷: ۳۷-۳۵)

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

• نظریه اقتصادی

بر اساس این دیدگاه، رشد و توسعه کالبدی شهر، محصول و زاده پروسه ی اقتصادی است. این تئوری معتقد است که عامل اقتصادی، بارزترین و اصلی ترین عاملی است که سیما و کالبد شهرها را شکل داده و چگونگی نحوه ی رشد آنها را تعیین می کند. عده ای از محققان معتقدند، نه تنها شهرهای اولیه، بلکه شکل گیری بسیاری از شهرهای قرون وسطای اروپا را نیز باید در قلمرو تجاری آنها جستجو کرد. در این نظریه توسعه کشاورزی تحت تأثیر رشد و توسعه ی شهری قرار می گیرد (شکوئی، ۱۳۸۵: ۱۴۳).

• رشد پیوندی

به دنبال افزایش جمعیت شهری، برای پاسخگوئی به نیازهای جمعیت اضافی شهر باید فضاهای خاصی (اراضی ذخیره) را برای تازه واردان شهری تدارک دید. در این راستا اولین بحثی که برای چنگ اندازی و تسلط مورد نظر قرار می گیرند، دروازه های حصار پیرامون شهرها هستند. برای دستیابی بر این فضای بیرونی به حصار شهر آغاز می شود و شهر به تریج از لاک و حصار خود بیرون می آید. گاهی شهر گامی فراتر می نهد و پس از خروج از حصار، اراضی سبز و خرم روستاهای نزدیک را زیر سلطه و نفوذ خود میگیرد. زمین های اطراف شهر با کمترین بها، از مالکیت روستائیان خارج می شود و پس از برش و منطقه بندی، روی اراضی معاملات پرسود انجام شده، سپس با ساخت مساکنی قشری تازه به بدنه ی شهری پیوند می خورد. اما این رشد ضرورتاً همانند تنه ی درختی نیست که در قشریابی خود هماهنگی و توازن خاصی را نشان بدهد. چه بسا بر اثر فشار جمعیتی و تولیدی، ممکن است شرایطی بر هسته ی شهر تحمیل شود که نتواند به تبع ویژگیهای توپوگرافیک به گونه ای موزون بر گسترش خود تداوم بخشد و با انتقال اضطراری و ناگهانی بخشی از بار سنگین جمعیتی و تولیدی بر اراضی که تازه در اختیار گرفته است، گرهی بر نوار توسعه ی شهری بزند و از هماهنگی گسترش شهری بکاهد( فرید، ۱۳۷۵: ۱۶۱-۱۶۰)

گفتار ۱۳-کشور موثر انتقال معاوضه ای (سو آپ )نفت و گاز ۱۴۱
گفتار ۱۴-کشور محل بارگیری و پایانه ذخیره سازی نفت و گاز ۱۴۱
گفتار ۱۵ –تابعیت متصدی حمل نفت وگاز ۱۴۲
گفتار ۱۶-تابعیت بیمه گرقرارداد نفت وگاز ۱۴۳
گفتار۱۷-تابعیت یا اقامتگاه قانونی داورتعیین شده درقرارداد ۱۴۴
گفتار ۱۸-تابعیت بانکهای کار گزارمتعاملین برای تبادل وجه قرارداد ۱۴۴

( اینجا فقط تکه ای از متن پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

گفتار۱۹-تابعیت دلال یادلالهای واسطه درانعقاد قرارداد ۱۴۵
گفتار۲۰-محلی که مالکیت نفت وگازبه خریدارمنتقل میشود ۱۴۶
گفتار۲۱-ارزخارجی که ثمن قرارداد طی آن پرداخت میشود ۱۴۷
گفتار۲۲-تابعیت شرکت مالک سامانه رایانه ای معامله گر ۱۴۷
فصل هفتم:قانون حاکم بر قراردادهای بین المللی الکترونیکی نفت وگازازمنظر اسناد بین المللی ۱۴۸
گفتار۱-تعیین قانون حاکم برقراردادهای بین المللی الکترونیکی نفت وگازازمنظرکنوانسیون بیع بین المللی کالا(CIGS) 148
گفتار۲-تعیین قانون حاکم برقراردادهای بین المللی الکترونیکی نفت وگازازمنظرکنوانسیون استفاده ازارتباطات الکترونیکی درقراردادهای بین المللی(۲۰۰۵) ۱۴۹
گفتار۳-تعیین قانون حاکم برقراردادهای بین المللی الکترونیکی نفت وگازازمنظرپیش نویس اصول لاهه برای انتخاب قانون حاکم برقراردادها(۲۰۱۱)۱۶۴ ۱۵۰
فصل هفتم:نظام حقوقی قانون حاکم برقراردادهای بین المللی الکترونیکی نفت وگاز ۱۵۱
گفتار۱-قانون حاکم برقراردادازنظر شکلی ۱۵۱
بند۱-قانون حاکم برقراردادکه درمتن قراردادتصریح شده است ۱۵۳
بند۲- سکوت قرارداد نسبت به قانون حاکم بر ماهیت قرارداد ۱۵۳
تعیین قانون حاکم در فروش محموله ای(BATCH) نفت و گاز ۱۵۳
تعیین قانون حاکم در فروش خط لوله ای (CONTINOUS) نفت و گاز ۱۵۵
گفتار ۳ – مهمترین عوامل ارتباط برای تعیین قانون حاکم ۱۵۷
نتیجه گیری ۱۵۸
منابع فارسی ۱۶۰
-کتابها ۱۶۰
مقالات ۱۶۱
پایان نامه ۱۶۲
منابع انگلیسی ۱۶۳
چکیده
ایران به عنوان سومین کشور نفت خیز جهان است که میزان ذخایر اثبات شده نفت خام ایران ۱۳۸ میلیارد و ۴۰۰ میلیون بشکه، معادل ۱۱٫۵ درصد ذخایر نفت جهان است .که به علت هزینه های بالای بخش بالا دستی صنعت نفت و یا در برخی موارد عدم دسترسی به تکنولوژی مناسب برای اکتشاف و بهره برداری از منابع نفت و گاز خود از کمک شرکتهای سرمایه گذار نفتی استفاده می نمایند و بر اساس ویژگی های فیزیکی مخازن نفتی و همچنین شرایط سیاسی و قانونی کشور در یکی از قالبهای امتیازی ، مشارکتی و خدماتی , قراردادهای با این شرکتها منعقد میکند. شکل قراردادهای پیش از انقلاب بیشتر به صورت امتیازی و مشارکت در تولید بوده ولی پس از پیروزی انقلاب اسلامی به علت تغییرات سیاسی و قانونی کشور فرم قراردادهای نفتی نیز تغییر یافته و به قراردادهای خدماتی بیع متقابل تبدیل گشت و قراردادهای مشارکتی و امتیازی در بخش نفت به واسطه قانون اساسی جمهوری اسلامی ممنوع شد. هر چند که در ایران از قراردادهای بیع متقابل استفاده میشود ولی قرارداهای مشارکت در تولید در نقاط مختلف بسیار رایج است و شرکتهای سرمایه گذار علاقه وافری به این نو از قرارداد نشان می دهند در حالی که قراردادهای بیع متقابل برای انها چندان جذاب نیست . دراین خصوص نظام حقوقی اقسام قراردادها بین المللی نفت وگاز بررسی تطبیقی مفیدی ارائه نماید و همچین در شرایط نوین بین المللی ساختارهای تازه ای که در صنعت نفت و گاز شکل گرفته برای شرکتهای ملی نفت و کشورهای تولید کننده نفت بسیار حیاتی و سرنوشت ساز است و از آن طرف پیش بینی ها نشان می دهد که تقاضای نفت خام در فاصله سالهای ۲۰۳۵-۲۰۰۹ به مقدار ۹۹ میلیون بشکه در روز خواهد رسید در همین حال در سال ۲۰۳۵ تولید نفت ۹۶ میلیون بشکه در روز پیش بینی شده است که در آن صورت بسیار ضرورت دارد تا با شناختی بیشتر از اوضاع و توزیع جغرافیایی ذخایر نفت جهان چگونگی تولید نفت از ذخایر مورد توجه قرار گیرد، زیرا در سال ۲۰۳۵ نفت خام همچنان مهم ترین منبع تامین انرژی جهان بوده بطوریکه حدود ۳۰ درصد کل انرژی مصرفی جهان از طریق نفت خام تامین خواهد شد. در اخر به برسی ابعاد حقوقی قرارداد های بین المللی اکترونیکی نفت وگاز به منظور بسط و توسعه هرچه بیشتر کاربرد این نوع قراردادها و افزایش شفافیت معاملاتی و ارتقاع سطح کاربری این نوع قراردادها و تشویق معامله گران داخلی به استفاده از این نوع قراردادها و در نهایت تثبیت و
افزایش منافع کوتاه مدت و بلند مدت جمهوری اسلامی ایران را که از این طریق می باشد به عنوان یکی از موثرترین و روبه رشدترین روش های معاملاتی نفت و گاز در بورس های نفت وانرژی معرفی نماید.
واژگان کلیدی = قراردادهای امتیازی – قراردادهای مشارکت در تولید – قراردادهای بیع متقابل – قراردادهای الکترونیکی – کنوانسیونهای بین المللی – قراردادهای نفت وگاز قانون حاکم – بورس نفت – قراردادهای الکترونیکی نفت و گاز – قراردادهای بین المللی
فصل یکم:کلیات ۱
مقدمه
در نیمه دوم قرن نوزدهم رشد صنعتی کشورهای عربی با نیاز روز افزون منابع قراردادی همراه بود. اکتشاف نفت انگیزه ای شد تا بسیاری از کشورها در خارج از مرزهای جغرافیایی خود به دنبال این طلای سیاه باشند و به همین منظور انکلیسی ها در جنوب ایران دست به تلاش هایی زدند که نهایتا به حفر چاه و استخراج تجاری نفت در کشور منجر شد.استخراج تجاری نفت در ایران با امتیاز انگلیسی ها از سال ۱۹۱۳ اغاز شد. افزایش تقاضا برای سوخت و ارزانی حمل و نقل راحت نفت موجب افزایش استخراج ان شد در نتیجه ایران به عنوان اولین تولید کننده نفت در خاورمیانه به کسب درامد ارزی از این ماده دست یافت و به این ترتیب جایگاه نفت در اقتصاد ایران روز به روز بیشترشد.
ایارن با داشتن ۹% ذخایر نفت جهان و تقریبا ۱۸% ذخایر کاز جهان مقام چهارم در نفت و مقام دوم در گاز را به خود اختصاص داده است. در ابتدای سال ۱۳۸۵ حجم ذخایر اثبات شده نفت و گاز این کشور به ترتیب ۱۳۶ میلیارد بشکه و ۲۸ ریلیون متر مکعب بوده که ذخیر منحصر به فردی به شمار میروند به طوریکه در سالهای اخیر شرکت ملی نفت ایران در رده بالای سهام در بین چهار شرکت بزرگ نفتی جهان قرار داشته است (کوکیی ۱۳۸۶-۱۶).
شرکت ملی نفت ایران هم اکنون از ظرفیت تولید روزانه ۲/۴ میلیون بشکه نفت خام و متجاوز از ۴۳۰ میلیون متر مکعب گاز طبیعی برخوردار است . و در سه جزیره خارک ، لاوان ، سیری از ۱۷ اسکله برای پهلو گیری انواع کشتی های نفت کش و صدور نفت خام صادراتی بهره بردای می نمایند. از مجموع ذخایر هیدروکربوری مایع کشور ۲۳% آن در حوزه های دریایی واقع شده اند. هم چنین بیش از ۶۷% ذخایر گازی کشور نیز در مناطق دریایی قرار دارند . بنابراین حدود ۴۷% کل ذخایر هیدروکربوری کشور در مناطق دریایی واقع شده اند (اقتصاد انرژی ۱۳۸۶*۱۸)
چنانچه ذخایر جدید نفتی و گازی کشف نشود و نرخ تولید سال ۱۳۸۵ ثابت بماند ذخائر نفت خام و میعانات گازی کشور تا ۸۷ سال و گاز طبیعی تا ۱۷۸ سال اینده قادر به ادامه تولید خواهند بود. از طرفی به مرور زمان با افت فشار مخازن و کوتاه شدن ستون نفتی چاه ها و در نتیجه تولید اب و گاز اضافی ، کاهش تولید نفت خام اجتناب ناپذیر است. بر اساس تجربیات بدست امده سالیانه حدود ۱۰% کاهش تولید طبیعی مناطق خشکی و دریایی براورد شده است. به طور کلی طی سالهای ۱۳۷۶ تا ۱۳۸۴ حدود ۵/۳ میلیون بشکه در روز از ظرفیت تولید نفت خام کشور کاسته شده است . شرکت ملی نفت ایران طی این سده نه تنها کاهش طبیعی تولید را جبران ننموده بلکه ظرفیت تولید نفت خام کشور در سال ۱۳۸۳ معادل ۴۲۵۳ هزار بشکه در روز و در سال ۱۳۸۴ معادل ۴۲۶۶ هزار بشکه روزانه بوده است. طی سالهای ۱۳۷۵ تا ۱۳۸۴ تولید گاز فنی کشور از ۴/۸۵ میلیارد متر مکعب به ۸/۱۵۸ میلیارد متر مکعب در سال افزایش یافته که این نشان دهنده ۸۶% رشد کلی این دوره و رشد سالانه ۱۳/۷% میباشد.
دسترسی به تکنولوژی جدید برای افزایش کمی و کیفی تولید مستلزم منابع انرژی فراوانی است که منابع داخلی به تنهایی قادر به تامین آن نمی باشد و در نتیجه سرمایه گذاران خارجی بیاد به داخل کشور جلب شوند تا به کمک منابع ارزی و فناوری جدید انها پروژه های نفت و گاز به اجرا در امده و بتوانیم سهم خود را در سطح بازارهای جهانی و سهمیه اوپک حفظ نمائیم.
وجود ذخایر عظیم نفت و گاز موجود در ایران ، اتکاء اقتصاد ایران به فروش نفت ودر قالب یک اقتصاد تک محصولی ، معاملات نفت و گاز را برای جمهوری اسلامی ایران ، از اهمیت ویژه ای برخوردار نموده است و پرداختن به روش های بیشبرد و ارتقاء کیفیت قراردادهای فروش نفت و گاز بر طرف نمودن چالشها و نواقص این نوع قراردادها ، در کوتاه مدت و بلند مدت، منافع حق جمهوری اسلامی ایران را تثبیت و تضمین خواهد نمود.
قراردادهای فروش نفت خام و گاز طبیعی ، در بالا دست ، بطور کلاسیک به انواع قراردادهای:
الف- قراردادهای امتیازی^[۱]
ب- قراردادهای مشارکت^[۲]
ج – قراردادهای خدمت ^[۳]
قرارداد امتیازی قدیمی ترین نوع قراردادهای نفتی است که تقریبا تا اواسط دهه پنجاه قرن حاضر کلیه قراردادهای نفتی در این قالب منعقد می شد. در حال حاضر نیز بیش از ۱۰۰ کشور مختلف جهان از این قالب استفاده میکنند.
قرارداد مشارکت بر دو نوع است . قرارداد مشارکت در سود ( تسهیم منافع^[۴]) و قراردادهای مشارکت در تولید(تسهیم تولید) . این قالب قراردادی از اواخر دهه ۱۹۵۰ به میدان آمد و هم اکنون نوع دوم آن یعنی قرارداد تسهیم تولید (مشارکت در تولید) از نظر شرکت های بین المللی نفت مطلوبترین و مناسب ترین قالب حقوقی برای تنظیم روابط ان شرکت ها با کشور های نفت خیز جهان سوم در حال توسعه تلقی میشود.
اما قراردادهای خدماتی ، سابقه کمتری دارند. این نوع قراردادها از اواخر دهه ۱۹۶۰ روی کار آمدند. قراردادهای خدماتی نیز به قراردادهای خدماتی ساده و قراردادهای خدماتی توام با ریسک تقسیم میشوند. تفاوت این دو نوع قرارداد همانطور که از عنوان شان پیداست پذیرش یا عدم پذیرش ریسک از سوی پیمانکار است. ریسکی که در این نوع قراردادها وجود دارد ریسک معمول تجاری نیست بلکه ریسک ناکامی در عملیات حفاری است که به کشف میادین نفتی قابل استحمال از نظر تجاری منجر نشود.
این قراردادها به خاطر بار مالی سنگین و تبعات سیاسی گسترده ای که دارند ، با مذاکرات دقیق و شرایط قراردادی کاملا شفاف تعریف شده ، منعقد میگردند. در دورنمای نزدیک ، امکان استفاده از قراردادهای الکترونیکی برای قرارداهای فروش نفت خام و یا گاز طبیعی ، در بالا دست ، که معمولا مشتمل بر مراحل اکتشاف ، استخراج ، بهره برداری و انتقال میشود ، متصور نیست . لیکن از دیدگاه تبیین و توسعه حقوق بین الملل ، با تشریح و تکمیل شرایط قراردادی و قواعد رفع تعارض و ایجاد تضمین روانی برای سرمایه گذار خارجی از جهت جبران ضرر و زیان احتمالی و ایجاد مکانیزمهای شفاف رفع تعارض در قالبهای قراردادی از پیش تعریف شده ، میتوان امیدوار بود که این قبیل قراردادهای فروش نیز ، به طور الکترونیکی و غیر حضوری ، منعقد و اجرا شوند .