۲-۴-۵ نرم افزارNETSIM

نرم افزار NETSIMیکی از نرم‌افزارهای مجموعه Traf است که توسط اداره راه های فدرال آمریکا (FHWA) برای شبیه‌سازی جریان ترافیک تهیه و ارائه شده است. از دیگر برنامه‌های این مجموعه می‌توان به مدل‌های CORSIM و FREESIM  اشاره کرد[۲]. این برنامه یک مدل  شبیه‌سازی تصادفی ریزنگر است که عملکرد وسایل نقلیه موجود در شبکه معابر را مدل‌سازی می­ کند. این نرم­افزار یک نرم­افزار شبیه­سازی ترافیک در سطح خرد برای خیابان‌های شهری می‌باشد. نتسیم یک مدل شبیه­سازی خرد ترافیکی وابسته به زمان^[۹] است که شبکه خیابان‌ها را به صورت شبکه­­ای از گره‌ها و کمان‌ها در نظر می‌گیرد. هر کمان حداکثر ۵ باند حرکت می‌تواند داشته باشد. تولیدکننده‌های ترافیک مثل خیابان‌های فرعی یا پارکینگ‌ها به صورت گره‌های منبع^[۱۰] در نظر گرفته می‌شوند. وسایل­نقلیه به صورت مستقل در هر ثانیه با توجه به وضعیت ترافیک و سیستم‌های کنترلی موجود در آن قسمت پردازش می‌شوند. مدل‌های شبیه‌سازی مزوسکوپی دارای مشخصاتی بین مدل‌های میکروسکوپی و ماکروسکوپی می‌باشند. آن‌ها می‌توانند رفتارهای هر خودرو را بدون تعاملات آن‌ها ارائه دهند. برای مثال، منطق حرکت خودرو می‌تواند برای هر خودرو بر اساس خط عبور- چگالی^[۱۱] کلی نسبت به تعاملات هر خودرو بر اساس سرعت خودرو و سرفاصله مکانی ارائه شود[۳]. مثال‌هایی از نرم‌افزارهای مزوسکوپی از قرار زیر می‌باشند:

INTEGRATION (Prevedouros & Wang 1999), TRANSIMS (Nagel et al. 1997)
and CORFLO.

۲-۴-۶ نرم افزار شبیه ساز CORSIM

نرم افزار کرسیم یک نرم افزار شبیه ساز ریزنگر در علم مهندسی ترافیک است که قدرت بالایی در تحلیل و بررسی شبکه‌های درون­شهری دارد. در دنیای امروزی استفاده از این نوع نرم‌افزارها یکی از راه‌ حل ‌های اساسی در تحلیل معضلات ترافیکی به حساب می‌آید. استفاده از نرم‌افزار در عین حال که کم‌هزینه است و نتایج در آن به سرعت بدست می‌آید، از آشفتگی ترافیکی که اغلب در آزمایشات محلی به و جود می‌آید، جلوگیری می‌کند[۷].
کرسیم شامل یک مجموعه مجتمع از دو مدل شبیه‌سازی ریزنگر است که بیان‌کننده و نشان‌دهنده کل محیط ترافیکی می‌باشد.
نتسیم نشان­دهنده ترافیک در خیابان‌های شهری و FRESIM مشخص‌کننده ترافیک در آزادراه‌ها می‌باشد[۷]. CORSIM برای تشریح عملکرد ترافیک، از شبیه­سازی با گام‌های زمانی استفاده می­ کند. یک گام زمانی برابر با یک ثانیه می‌باشد. هر وسیله نقلیه یک شیئ جداگانه است که هر ثانیه حرکت می‌کند. تکیه کردن بر معیار کارایی تولید شده به وسیله یک اجرا از CORSIM می‌تواند گمراه‌کننده باشد. برای حصول فهم بهتر ازکارایی شبکه، شبکه باید چندین بار با بهره گرفتن از مجموعه‌ای اعداد تصادفی مختلف شبیه­سازی شود. در این صورت توزیع معیارهای تأثیرپذیری بدست آمده­، نشان دهنده ‌ کارایی دقیق از شبکه خواهد بود[۷].
CORSIM قادر به مدل کردن اکثر این عناصر از جمله گلوگاه‌ها، خطوط عبور مخصوص وسایل نقلیه عمومی HOV­، خطوط عبور مسدود شده­، حوادث عملکرد اتوبوس‌ها، شیب، ترکیب ترافیک، مناطق همگذری در آزادراه‌ها و غیره می‌باشد. بسیاری از ساختارهای دیگر می‌توانند با بهره گرفتن از عناصر اساسی CORSIM و خلاقیت و قضاوت مهندسی تقریب زده شوند جهت مدل‌سازی در نرم‌افزار ریزنگر CORSIM نیاز به اطلاعات دقیق ترافیکی و فیزیکی شبکه می‌باشد[۷].
خروجی شبیه‌سازی این نرم‌افزار در جداولی ارائه می‌شود که در آن موقعیت وسایل نقلیه در زمان‌های مختلف مشخص شده است. به این ترتیب، آمار جمع‌ آوری شده امکان بررسی‌های بعدی را امکان­ پذیر می­سازد. این جداول در محیط نرم افزارهایی مثل ایکسل قابل بررسی می‌باشند[۳].
طبق بررسی که آقایان منصورحاجی حسینلو، میثم شریفیان، امیر حسین فرهادیان انجام داده‌اند نرم‌افزار CORSIM بعد از کالیبراسیون از قابلیت مناسبی جهت شبیه سازی شبکه‌های درون­شهری برخوردار است[۷].

۲-۴-۷ نرم افزار GETRAM

نرم افزار جت­رام  یک نرم­افزار خردنگر در تحلیل و مدلسازی مسائل ترافیکی است که نتایج حاصل از تحلیل را به صورت کلان ارائه می‌دهد. این نرم افزار از ۳ بخش اصلی AIMSUN3D, AIMSUNF, TEDI  تشکیل شده است[۲].

۲-۴-۸ نرم­افزار SYNCHRO

نرم‌افزار SYNCHRO یک بسته نرم‌افزاری کامل برای مدلسازی، بهینه‌سازی، مدیریت و شبیه‌سازی سیستم‌های ترافیکی می‌باشد. کاربردهای نرم‌افزار SYNCHRO را می‌توان در مواردی نظیر آنالیز ظرفیت، هماهنگ‌سازی و بهینه‌سازی تقاطعات، بهینه کردن زمانبندی چراغ‌های راهنمایی، چراغ‌های هوشمند، ترسیم نمودارهای مکان– زمان، شبیه‌سازی ترافیکی و قابلیت اتصال به نرم‌افزارهای HCS و CORSIM خلاصه نمود[۲].
SYNCHRO از دستورالعمل^[۱۲] ICU برای اندازه‌گیری ظرفیت تقاطع­ها استفاده می‌کند. در این روش حجم جاری را با ظرفیت نهایی تقاطع مقایسه می‌کنند. همچنین Synchro از مطالب مربوط به خیابان‌های شهری، تقاطعات چراغ‌دار و تقاطعات بدون چراغ ۲۰۰۰ استفاده می کند. این نرم‌افزار بااستفاده از روشی ساده برای تحلیل ظرفیت تقاطعات چراغدار و بهینه‌کردن زمانبندی آن‌ها توانسته است زمینه‌ای مناسبی را فراهم کند. محاسبۀ تأخیر یکی از بخشهای اساسی بهینه‌سازی هدف در سین­کرو می‌باشد. با بهره گرفتن از این نرم‌افزار کاربر قادر است تأخیر را با بهره گرفتن از دو روش به دست آورد. روش Percentile که بیشتر بر اساس فرمول‌های HCM استوار است و روش Webster که طریقۀ محاسبه تأخیر در آن براساس فرمول پیشنهادی Webster می‌باشد. سین­کرو این قابلیت را به شما می‌دهد تا برنامه‌های زمان‌بندی بهینه‌ای را تولید کرده و تقسیم بندی فازها و طول چرخه را بهینه کنید. این نرم افزار تاخیرها و تعداد توقف‌ها را بهینه می کند و قابلیت تغییر لحظه‌ای دارد. وقتی شما مقادیر ورودی را تغییر می‌دهید نتایج به صورت اتوماتیک تغییر می‌کند. در این نرم افزار برنامه زمانبندی برای درک آسان به صورت دیاگرام‌های زمانبندی نشان داده می‌شوند. شبیه سازی انجام شده در این نرم‌افزار می‌تواند به عنوان ورودی نرم افزارهای دیگر مانند Simtraffic و HCS که قابلیت نمایش شبیه‌سازی متحرک را دارد، استفاده شود. این نرم‌افزار دارای پنجره‌هایی جهت ترسیم تقاطع و جداولی جهت وارد کردن اطلاعات ورودی نظیر حجم، تعداد خطوط هر رویکرد و غیره می‌باشد. HCSدارای دستورالعملی کاملاً منطبق بر آیین نامه HCM می‌باشد. بخش‌های مختلف در صفحه اصلی نشان دهنده فصول مختلف آیین نامه بوده و کلیه عملیات داخل آن‌ها معمولاً به شکل کاربرگهای ارائه شده در آیین نامه نمایش داده می‌شوند. دکمه‌های موجود در صفحه اصلی نشان‌دهنده بخش‌های مختلف نرم افزارمی­باشند. اگر مکان نما را روی هر یک از آن‌ها نگه دارید موضوع آن بخش به صورت نوشته نمایان خواهد شد. برای انتخاب هر فصل کافی است دکمه مربوط به آن را فشار دهید[۸].

۲-۴-۹ نرم افزار^[۱۳] AIMSUN NG

روش‌ها و ابزارهای متنوعی برای تحلیل ترافیک وجود دارد. این ابزار به گروه‌های زیر تقسیم می‌شوند؛
ابزار برنامه‌ریزی تقریبی^[۱۴]، مدل‌های تقاضای سفر^[۱۵]، ابزار تحلیلی^[۱۶] (بر مبنایHCM)، ابزار بهینه سازی چراغ راهنمایی^[۱۷]، مدل‌های شبیه‌سازی کلان‌نگر^[۱۸] و مدل‌های شبیه‌سازی خردنگر^[۱۹].
نرم‌افزار AIMAUN NG از نوع مدل‌های شبیه‌سازی جزئی‌نگر می­باشد.­­ این مدل‌ها براساس تئوری‌های خودرو دنبال‌هم^[۲۰]و تغییرخط ^[۲۱]کار­می‌کنند. نرم­افزار AIMSUN NG نسخه‌پیشرفته نرم افزار جت­رام است‌ که محصول‌شرکت TSS بوده و در سال ۲۰۰۵ تهیه شده است[۹]. AIMSUN 6 نسل جدیدی از نرم افزارهای مشهور GETRAM و AIMSUN NG 5 می­باشد.
AIMSUN 6 تنها نرم‌افزار موجود در بازار است که در سه سطح، مدل‌های حمل‌ونقل زیر را در قالب یک نرم‌افزار واحد ارائه می‌دهد: ابزار تخصیص ترافیک استاتیک، شبیه‌ساز جدید مزوسکوپیک. و این به عنوان بهترین نرم‌افزار شبیه‌سازی میکروسکوپیک حال حاضر دنیا است. در نسخه ۷ نرم‌افزار که به‌زودی ارائه می‌گردد، AIMSUN توانایی اجرای مدل‌ها در بخش‌هایی از مدل به‌صورت مزوسکوپیک و در بخش‌های دیگر بطور میکروسکوپیک بصورت همزمان را دارد. این در حالی است که دیگر نرم­افزارهای دیگر شبیه‌سازی مانند CORSIM تنها قادر به شبیه سازی یکی از این مدل‌ها می‌باشد و این یکی از ویژگی منحصر بفرد این نرم افزار است[۱۰].
نقش نرم افزارهای شبیه سازی در توسعه پایدار اساسی است و AIMSUN نرم افزاری است که بیش از ۹۰ درصد توانایی‌های یک برنامه شبیه ساز را داراست[۲].
AIMSUN دارای ریشه و پشتوانه قوی دانشگاهی، بازرگانی و فنی می‌باشد. توسعه آن حاصل ۲۰ سال تحقیق و توسعه، ده‌ها مقاله علمی وهمچنین بازخوردی که از صدها کاربری که پروژه‌های مختلفی را در دنیای واقعی انجام داده­اند، می­باشد[۱۰].
AIMSUN انتخابی ایده‌آل برای کاربردهایی در اندازه و پیچیدگی­های مختلف می‌باشد. به عنوان مثال می‌توان بهینه سازی عوارضی در ترمینال بار توکیو به منظور بهره‌برداری بهتر به صورت آنلاین و یا کنترل چراغ‌های راهنمایی کل کمربندی مادرید و مدل‌سازی شبکه معابر و حمل و نقل معابر عمومی شهر مکه مکرمه را نام برد[۱۰].
توانایی AIMSUN در ترکیب رویکردهای استاتیک و دینامیک در یک محیط واحد، به عنوان یکی از ویژگی منحصر به فردی این نرم افزار بحساب می ­آید. کارایی و توانمندی عالی آن این امکان را بوجود آورده است تا مدل‌های دینامیکی اکثر شهرهای بزرگ دنیا با بهره گرفتن از آن توسعه داده شوند. واسط کاربری مستقیم، اجرای منطقی، سادگی کالیبراسیون و مجموعه چشمگیری از خروجی‌ها و گزارشات نرم‌افزار منجر به کاهش زمان پروژه‌ها می‌گردد[۱۰].
AIMSUN مجموعه بسیار کاملی از رابط­ها^[۲۲] و واسط‌ها می­باشد و با سایر نرم‌افزارهای مشهور در زمینۀ مدل‌سازی تقاضا، بهینه نمودن برنامه چراغ‌ها و ابزارهای کنترل چراغ به صورت تطبیقی می‌تواند به تبادل اطلاعات بپردازد[۱۰].
در خصوص محلی نمودن نرم‌افزار با در نظر گرفتن ویژگی‌ها، رفتارها و فرهنگ‌های مختلف ترافیک در نقاط مختلف دنیا و بکارگیری آن در پروژه‌های مدیریت آنلاین ترافیک، AIMSUN دارای ابزارهای ویژه با میزان انعطاف‌پذیری بالا با بهره گرفتن از زبان های برنامه‌نویسی PYTHON وC++ برای ارتباط با سیستم کنترل SCATS می­باشد و امکان دسترسی به جزئیات اطلاعات و تحلیل و پردازش آن‌ها و طراحی سیستم‌های کنترل خارجی را فراهم می­سازد.[۱۰]
مدلسازی شبکه یکی از توانایی‌های مهم این نرم‌افزار خردنگر­است که می‌تواند مسائل مربوط به شبکه‌های شهری، آزادراه‌ها، بزرگراه‌ها، معابر شریانی و کمربندی و یا ترکیبی از شبکه‌های فوق را حل کند. یکی دیگر از مزایای این نرم افزار، کمک به مهندسین ترافیک در طراحی و تحلیل سیستم‌های ترافیک است و وسیله بسیار سودمندی در آزمایش سیستم‌های کنترل ترافیک و شیوه‌های جدید مدیریت ترافیک و سیستم‌های هوشمند حمل‌ونقل می­باشد. سایر قابلیت‌های این نرم افزار عبارتند از[۱۱]:
تجزیه و تحلیل تأثیر طرح‌های زیرساختی از قبیل احداث تقاطع‌ها غیرهمسطح، تونل‌ها، میادین و غیره، مطالعات محیطی، مطالعات هزینه جاده­ای و عوارضی و همچنین نواحی واپایش آمد و شد مانند طرح زوج و فرد و محدوده‌های ممنوعه، طراحی شبکه معابر و سیستم پشتیبان برای مدیریت حمل­و­نقل عمومی و همچنین تعریف راهبردهای پیچیده مدیریت ترافیکی در شبکه مانند تصادفات، سد معبر، تغییر مسیر خودروها بر اساس حجم ترافیک و غیره[۲, ۹, ۱۱].
تعیین ظرفیت پارکینگ مورد نیاز و نحوه دسترسی آن به معابر، بهینه نمودن برنامه کنترل چراغ‌ها، مدیریت ترافیک شهری و بین شهری، طراحی شبکه معابر و سیستم پشتیبانی برای مدیریت حمل و نقل عمومی، تجزیه و تحلیل ایمنی، ارزیابی سیستم‌های حمل­و­نقل هوشمند و توسعه مدل‌ها و الگوریتم‌های حمل‌ونقل جدید، مدلسازی سیستم‌های پیشرفته مدیریت ترافیک، سیستم‌های هدایت خودرو، زمانبندی سیستم حمل‌ونقل همگانی، توانایی محاسبه شاخصهای زیست‌محیطی نظیر آلاینده‌های هوا و مصرف سوخت می­باشد.
از خروجی‌های AIMSUN می‌توان به میزان مصرف سوخت، میزان تردد، میزان آلودگی هوا، سرعت در شبکه، تعداد توقف‌ها در واحد زمان، چگالی، زمان سفر در شبکه، میزان تأخیر در قبل و بعد اشاره کرد.[۱, ۱۱]
ورودی این نرم‌افزار، مشخصات معابر نظیر احجام و هندسه معابر، وضعیت کنترل تقاطعات و خطوط حمل‌ونقل همگانی است. نمایش دوبعدی و سه بعدی ترافیک در شبکه، شاخص­ های عملکردی شبکه نظیر زمان سفردر کل شبکه، تأخیر تحمیلی به خودروها، سرعت متوسط وسایل نقلیه، چگالی معابر و اطلاعات شناسگرها از جمله خروجی‌های این نرم‌افزار است. برخی از پارامترهای مورد استفاده در تحلیل جریان ترافیک عبارت‌اند از[۵]:
- جریان؛ تعداد خودروهایی که در یک زمان مشخص از یک نقطه خاص عبور می‌کنند.
- چگالی؛ تعداد خودروهای عبوری در طول واحد از یک خط معبر
- سرعت متوسط؛ نسبت جابجایی ترافیک یا مسافت طی شده در واحد زمان

۲-۴-۹-۱ تخصیص استاتیک

AIMSUN دارای مدل چند کلاسه معادله کاربر^[۲۳] می‌باشد که مسئولیت پشتیبانی و اجرای وظایف زیر را به عهده دارد: تخصیص ترافیک در شبکه به صورت ماکروسکوپیک با بهره گرفتن از معادله کاربر با تنظیم ماتریس مبدأ و مقصد به منظور بهبود کیفیت اطلاعاتی که از دتکتورها^[۲۴] و یا سایر منابع جمع‌ آوری شده است، بدست می ­آید. انجام “پیمایش". به عنوان مثال محاسبه خودکار ماتریس مبدأ مقصد سازگار از هر زیر مدلی از یک مدل بزرگ‌تر.
ارزیابی کیفیت محل قرارگرفتن دتکتورها و تابلوهای متغیر پیام خبری (VMS) موجود پیشنهاد محل دتکتورهای اضافی به منظور پوشش بهتر و به حداقل رساندن خطا شبیه‌ساز میکروسکوپیک AIMSUN، بهترین مدل‌ تکامل یافته از تئوری تعقیب خودرو و تغییرخط در نوع خود می‌باشد در آزمایش‌های مستقلی که صورت گرفته، AIMSUN بالاترین رتبه را در بازار رقابتی تجاری و دانشگاهی کسب نموده است.
کالیبره نمودن یک مدل در AIMSUN گام بسیار مهمی می‌باشد و نیازمند روش خاصی بوده و سهم قابل توجهی از زمان پروژه را به خود اختصاص می‌دهد. لیکن فرایند آن دارای ساختار مناسب و فارغ از هر گونه ابهام می‌باشد.
تمامی پارامترها دارای ویژگی ادراک مستقیم و معنی­دار در دنیای واقعی بوده و مستند می‌باشند. پارامترهای کافی به منظور مدیریت هرچه بهتر تطبیق اطلاعات با اطلاعات دنیای واقعی وجود دارند اما نه به تعدادی که فرایند کالیبراسیون را به سیکلی دشوار مبدل سازد.
انحراف و آشفتگی در اطلاعات ورودی منجر به عدم تعادل در واکنش‌های مدل و سیستم می‌گردد. نرم‌افزار از ویژگی‌های منحصر به فردی در خصوص کالیبراسیون و بررسی خطاهای احتمالی موجود در شبکه برخوردار است.
از نقطه نظر یک کاربر حرفه‌ای نرم‌افزار شبیه‌ساز میکروسکوپیک AIMSUNدر کلاس خاص خود قرار دارد. شبیه‌ساز میکروسکوپیک ما مدلی از سنگاپور را با ۱۰۵۸۰ تقاطع، ۴۴۸۳ کیلومتر لاین، تقریباً بین ۲ تا ۳ برابر سریع‌تر از زمان واقعی شبیه‌سازی می کند و در مدل دیگری از بخش مرکزی بارسلونا زمان تقاضای یک ساعته در یک دقیقه (۶۰ برابر زمان واقعی) اجرا می‌گردد. این واقعیات، این افسانه را که مدل‌های میکروسکوپیک مقیاس پذیر نمی‌باشد را از بین می‌برد[۱۰].

۲-۴-۹-۲ شبیه‌سازی مزوسکوپیک

شبیه‌ساز جدیدAIMSUN، مزوسکوپیک می‌باشد و این انتخاب را برای کاربرانی که می‌خواهند از مزایای مدل‌های دینامیک در شبکه‌های بسیار بزرگ استفاده نمایند، به ارمغان آورده است. مدل‌های جدید هم‌اکنون با در نظر گرفتن تک تک خودروها و بکارگیری مدل‌های ساده شده تعقیب خودرو و تغییر خط کار می‌­کنند که این خود باعث زدوده شدن (کاسته شدن) حجم وسیع کالیبراسیون در مقایسه با شبیه‌سازهای میکروسکوپیک می‌گردد. با بهره گرفتن از مدلسازی هر بخش شبکه که دارای اجزای تعقیب خودرو و صف می‌باشند، تمرکز رویکرد مزوسکوپیک روی وقایعی خواهد بود که در شبکه رخ می‌دهد. و این موجب افزایش سرعت شبیه‌سازی می­ شود.[۱۰]
این موضوع باعث ساده گی حجم محاسبات و بهبود کارایی بطور قابل ملاحظه­ای گردیده است.
از همه مهم‌تر، شبیه‌ساز مزوسکوپیک در AIMSUN مبتنی بر اجزای تست شده مورد استفاده در شبیه‌ساز میکروسکوپیک می‌باشد. نتیجه حاصله بر روی مدل‌های آزمایشی نشانگر افزایش کارایی و سرعت به میزان ۴۵۰% می‌باشد.[۱۰]
۲-۴-۹-۳ تخصیص ترافیک دینامیک
صرف نظر از توانایی AIMSUNدر تخصیص ثابت(استاتیک)، دو روش تخصیص دینامیک نیز ارائه می‌گردد که در هر دو روش مزوسکوپیک و میکروسکوپیک قابل بکارگیری است.