تحقیق مقاله سیستم های حمل و نقل هوشمند (ITS)

خلاصه: مسائل و مشکلات حمل و نقل از قبیل آلودگی های زیست محیطی، کاهش منابع انرژی، افزایش خسارت های مادی و معنوی ناشی از تصادفات، مشکلات نظارت و مدیریت در حمل و نقل برونشهری، افزایش زمانهای تلف شده و روند رشد سریع تقاضای حمل نقل بویژه در ساعات اوج به یک مشکل جدی تبدیل شده است. افزایش تسهیلات حمل نقل به دلیل نیاز به سرمایه گذاری کلان و زمان زیاد جهت اجرا همواره با محدودیتهای گسترده ای روبه رو است. بنابراین به منظور غلبه بر مشکلات فوق و با توجه به اینکه حل محدودیتهای مذکور با روشهای سنتی غیرممکن می باشد، با نیم نگاهی به پیشرفتهای حاصل در تکنولوژی ارتباطات و الکترونیک، از دهه ۱۹۸۰، سیستمهای حمل و نقل هوشمند(ITS) مورد توجه قرار گرفت. ITS به معنی استفاده و به کارگیری تکنولوژی های نوین (از قبیل: الکترونیک، ارتباطات و سیستم های کنترل) به منظور ارتقا سطح ایمنی، کارایی و ارزانی در حمل و نقل است که برای شیوه های مختلف حمل و نقل از قبیل: جاده، راه آهن، هوایی و دریای قابل تعمیم است.

مزایای حاصل از ITS هم از لحاظ نسبت منفعت به هزینه و هم از لحاظ ماهیت فواید حاصل از آن بی نظیر و قابل توجه است. به طور مثال مطالعات انجام شده در خصوص پروژه های انجام شده در آمریکا نشان می دهد که نسبت منفعت به هزینه به طور میانگین در نواحی شهری آمریکا برابر ۲/۵ می باشد و در شهرهای بزرگ و عمده این میزان به حدود ۲/۸ می رسد. ضمن آنکه بر اساس پیش بینی های انجام شده بازار ITS در سالهای آینده رشد قابل توجهی کرده و براساس تخمینها این بازار در دنیا تا پایان سال ۲۰۱۵ به حدود ۴۲۰ میلیارد دلار خواهد رسید.

به منظور بهره برداری بهینه از ITS لازم است که طرح معماری آن با توجه به نیازهای هر کشور مشخص و تعیین گردد. منظور از معماری ITS ، چیدمان سیستم های حمل و نقل هوشمند با توجه به روابط منطقی هر سیستم و در نظر گرفتن نیازهای جامعه و رعایت استانداردهای مربوط به سیستمهای حمل و نقل می باشد. در معماری سیستم توجه به نیازها و شرایط موجود هر کشور و رعایت استانداردهای مربوط به هر بخش از اهمیت بالایی برخوردار است. در واقع طرح معماری سیستم باعث جلوگیری از تکرار سرمایه گذاری در ITS و هدر رفتن انرژی و هزینه صرف شده در این بخش خواهد شد.

با توجه به مسائل فوق، کشورهای پیشرفته از قبیل آمریکا، کانادا، ژاپن، استرالیا، کره، کشورهای اروپایی و ... از مدتها قبل در این خصوص اقدام و برنامه ریزی های گسترده ای انجام داده اند. تمام کشورها به منظور حل مسائل و مشکلات حمل و نقل، هماهنگی حمل و نقل خود با سایر کشورها و کسب بخشی از بازار گسترده ITS در دنیا، نیازمند به کارگیری ITS می باشند، بنابراین برنامه ریزی دقیق و طرح معماری سیستم حمل و نقل هوشمند در هر کشور امری ضروری است. کشور ایران به عنوان نقطه ارتباطی مهم در مسیر حمل و نقل منطقه، جهت دستیابی به بخشی از بازار گسترده ITS در دنیا و برخورداری از مزایای منحصر به فرد این سیستم و جلوگیری از سرمایه گذاریهای موازی در این بخش باید در اولین فرصت، ضمن اولویت بندی نیازهای حمل و نقل کشور، اقدام به تهیه و تدوین معماری سیستم حمل و نقل هوشمند در ایران نماید.

تاریخچه ITS در حمل و نقل جاده ای

مبدأ کنترل آمد و شد، به پیشینه اتومبیل یا به دهه ۱۸۶۰ در لندن بازمی گردد، زمانی که یک چراغ راهنمایی(۱) برای ایمنی اعضای پارلمان در یک تقاطع نزدیک پارلمان نصب شد. در آمریکا، بعضی از شکلهای اولیه کنترل ترافیک از انواع چراغهای قدیمی که در دهه ۱۹۱۰ نصب شده بود هم اکنون نیز وجود دارد. اولین چراغ راهنمایی به شکل امروزی در سال ۱۹۲۰ در دیترویت و میشیگان مورد استفاده قرار گرفت. از این شروع ساده، سیستمهای کنترل آمد و شد که در برگیرنده گستره وسیعی از تجهیزات، از قبیل: چراغهای هوشمند کنترل تقاطعها، تابلوهای متغیر(۲)، سیستمهای کنترل سرعت و ... است، بوجود آمد. به مرور زمان چراغهای کنترل ترافیک از شکل ابتدایی با زمانبندی ثابت به شکل امروزی خود یعنی کنترل تقاطع براساس شمارش ترافیک موجود ارتقا یافت ودر سال ۱۹۲۰ در ۵ نقطه ایالات متحده سیستمهایی نصب شده که با استفاده از رایانه های آن زمان (IBM1800) برنامه ریزی شده بود. انجام کارهای فوق در آن زمان در واقع  آغازی برای استفاده از سیستمهای هوشمند کنترل ترافیک بود، زیرا این روشها، نحوه پیشرفت و سیستماتیک شدن را برای کنترل ترافیک دنبال می کردند. این تاریخچه در علم ترافیک نشاندهنده تلاش برای یافتن راههای مناسب به منظور ایجاد یکنواختی در جریان آمد و شد، افزایش ایمنی کاربران و حصول کارایی بیشتر از زیرساختهای موجود در راهها بود.

برنامه ITS که در دهه ۹۰ میلادی بسیار مورد توجه قرار گرفت، ریشه های مشخصی دارد که به فعالیتهای تحقیقاتی و توسعه ای که در دهه ۶۰ میلادی توسط دولت فدرال آمریکا و همکاری صنعت ودانشگاه آغاز شد، باز می گردد. در آن زمان پروژه ای توسط دفتر راههای عمومی(۳) (BPR) که در حال حاضر اداره بزرگراههای دولت فدرال(۴) (FHWA) نامیده می شود، برای بهبود ایمنی و افزایش کارایی سفرهای بین شهری تعریف شد. این برنامه از نظر حجم، دیدگاه و مفاهیم، با فعالیتهای تحقیقاتی گذشته تفاوت برجسته ای داشت. در بطن این برنامه ایجاد و به کارگیری ارتباطات الکترونیکی و سیستمهای پیشرفته کنترل، جهت استفاده در وسایل نقلیه و راه، به منظور بهره گیری جامعه و کاربران مدنظر قرار گرفته است.

به طور کلی در دهه ۶۰ میلادی پیشرفتهای زیادی در جهان در خصوص ساخت ترانزیستورها، رادیو و تلویزیون بوجود آمد و اولین ماهواره هواشناسی در سال ۱۹۶۲ به فضا پرتاب شد و در پایان دهه ۶۰ اولین انسان قدم به ماه گذاشت. در این عصر کامپیوترهای ترانزیستوری بزرگ دیجیتالی ساخته شد و در توسعه و استفاده از این سیستمها، جنبه کاربردی آن در حمل و نقل مدنظر قرار گرفت.

از اواخر دهه ۶۰ پروژه های گسترده ای در خصوص ITS در آمریکا به اجرا در آمد که از آن جمله می توان به پروژه های سیستم راهنمای الکترونیکی مسیر(۵) (ERGS)، سیستم کنترل ترافیک شهری (۶)(UTCS)، سیستم راهنمای سبقت (۷) (PAS) ، سیستم اعلام خطر فلش(۸) و غیره اشاره نمود. اجرای این پروژه ها در اواخر دهه ۶۰ و اوایل دهه ۷۰ باعث فعال شدن زمینه های کاری در خصوص تحقیقات حمل و نقل گردید و در این راستا صنعت و دانشگاه نیز در مسائل تحقیقاتی با هدف به کارگیری تکنولوژی های الکترونیکی در راهها فعال شدند.

در سال ۱۹۷۱ یکی دیگر از برنامه های دپارتمان حمل و نقل ایالات متحده آمریکا با استفاده از سیستمهای ITS ارائه گردید. در این برنامه رانندگان بین شهری براساس مسیرهای موجود و زمان واقعی سفر در هر مسیر، در انتخاب مسیر راهنمایی می شدند. دو هدف بلند مدت در این برنامه مدنظر قرار گرفته بود:

الف- گسترش برنامه های تحقیقاتی و توسعه ای در خصوص هوشمند نمودن راهها و تعریف پروژه ها و ارزیابی آنها.

ب- آماده سازی راههای در حال ساخت برای دارا بودن قابلیت راههای هوشمند در آینده.

در دهه ۷۰ علایق بین المللی به رشد سیستم های خانواده ITS دیده شد. ژاپن از سال ۱۹۷۳ تا سال ۱۹۷۸ با استفاده از برنامه ERGS، سیستم ارتباطی خودرویی(۹) (CACS) را راه اندازی کرد و در اروپا (آلمان و انگلستان) نیز به ترتیب مشابه سیستم راهنمای مسیر که به نام ALI معروف است، راه اندازی شد.

در اواسط دهه ۸۰ تکنولوژی به سرعت پیشرفت کرده و تغییرات عمده ای در الکترونیک و کامپیوتراتفاق افتاد. همزمان تراکم ترافیک در جاده ها نیز به یک مشکل جدی برای دولتها تبدیل شد و با توجه به هزینه بالا و زمان مورد نیاز برای ایجاد ظرفیت بیشتر در راهها، کم کم تفکر افزایش ظرفیت راههای موجود تقویت شد. در این راستا در طی سالهای اخیر کشورهای زیادی از جمله آمریکا، ژاپن، اتحادیه اروپا، کره، استرالیا، مالزی، سنگاپور و... اقدام به تشکیل ساختار سازمانی ITS در جهت ارتقاء سطح کیفی خدمات حمل و نقل افزایش ایمنی نمودند.

تعریف ITS و کاربردهای آن

با وجود اینکه تعداد زیادی از سیستم های حمل و نقل هوشمند به ثبت رسیده اند اما به دلیل جوانی و تازگی آن، هنوز تعریف کاملی از ITS ارائه نشده است. تعریفی که در سال ۱۹۹۸ توسط انجمن حمل و نقل هوشمند آمریکا (۱۰) در ارتباط با ایده ITS به صورت عام مورد قبول قرار گرفت به این شرح بود که مردم از تکنولوژی در حمل و نقل برای صرفه جویی در وقت و پول در زندگی روزمره استفاده می کنند. تعریف رسمی تری که در آوریل سال ۱۹۹۹ توسط اداره حمل و نقل آمریکا (۱۱) منتشر گردید به ا ین شرح است که سیستم های حمل و نقل هوشمند، اطلاعات مربوط به جابه جایی مسافر و کالا را جمع آوری، نگهداری، پردازش و توزیع می نماید.

امروزه تعاریف بسیاری از ITS در کشورهای مختلف ارائه شده است، که با توجه به مطالبی که تاکنون عنوان شد، متداولترین تعریفی که می توان از ITS ارائه نمود به شرح زیر است:

سیستم حمل ونقل هوشمند یا ITS با استفاده و بکارگیری تکنولوژی های نوین(از قبیل: الکترونیک، ارتباطات و سیستم های کنترل) باعث ارتقاء سطح ایمنی، کارایی و ارزانی در حمل و نقل می شود که برای شیوه های مختلف حمل و نقل از قبیل: جاده، راه آهن، هوایی و دریایی قابل تعمیم است.