Έλεγχος της κυκλοφορίας υπό συνθήκες δυναμικής φόρτισης με μεθόδους ελαχιστοποίησης του ρίσκου

Η παρούσα διατριβή εξετάζει το σύνθετο πρόβλημα της διαχείρισης των δυναμικών φαινομένων της κυκλοφορίας με μεθόδους μεσοσκοπικής προσέγγισης. Καθημερινά, οι χρήστες ενός μεταφορικού συστήματος βιώνουν διαφορετικά επίπεδα συμφόρησης κατά τη μετακίνησή τους. Οι απώλειες στο χρόνο μετακίνησης λόγω συμφόρησης είναι συνέπεια της δυναμικής αλληλοεξάρτησης της ζήτησης μετακινήσεων που εξυπηρετείται από το σύστημα και επηρεάζονται από τις παραμέτρους που ορίζουν τα χαρακτηριστικά λειτουργίας του. Ο κύριος στόχος της διατριβής είναι η διερεύνηση και η διατύπωση κατάλληλης συλλογιστικής, μεθόδων και εργαλείων για την αποτελεσματική διαχείριση της κυκλοφορίας και των προβλημάτων συμφόρησης που παρατηρούνται σε αστικά δίκτυα, προσφέροντας μία διαφορετική προσέγγιση στο πρόβλημα μέσω της ανάλυσης και της διαχείρισης του ρίσκου του χρόνου μετακίνησης. Η προσέγγιση της παρούσας διατριβής διέπεται από τις έννοιες του ρίσκου και της απώλειας του παραγωγικού χρόνου μετακίνησης. Το ρίσκο στο χρόνο μετακίνησης λαμβάνεται ως ο συνδυασμός της απώλειας του παραγωγικού χρόνου λόγω συμφόρησης και της πιθανότητας εμφάνισης αυτής της απώλειας εντός του χρονικού ορίζοντα ανάλυσης των δυναμικών φαινομένων της κυκλοφορίας. Για την μελέτη της απόδοσης του μεταφορικού συστήματος και τη βελτιστοποίηση της σηματοδότησης χρησιμοποιήθηκε η τεχνική της Υπό Συνθήκη Αξία σε Κίνδυνο (Conditional Value-at-Risk), για την ποσοτικοποίηση και πρόβλεψη του κινδύνου εμφάνισης υψηλών επιπέδων συμφόρησης. Η ανάγκη για διατύπωση ενός συστήματος που να μπορεί να διαχειρίζεται την πληροφορία, την πολυπλοκότητα των παραμέτρων των πολλαπλών προβλημάτων και την ευρύτητα των εναλλακτικών λύσεων που εμπεριέχονται στη διαχείριση της κυκλοφορίας οδήγησε στην ανάπτυξη ενός Συστήματος Υποστήριξης Αποφάσεων. Η προτεινόμενη αρχιτεκτονική δομή του Συστήματος ενσωματώνει την ανάλυση ρίσκου και τη δυναμική μεσοσκοπική ανάλυση των κυκλοφοριακών συνθηκών στα υποσυστήματα που το αποτελούν. Στην παρούσα διατριβή, το Σύστημα Υποστήριξης Αποφάσεων εξειδικεύεται και η μεθοδολογία εύρεσης βέλτιστης σηματοδότησης ελαχιστοποίησης ρίσκου διατυπώνεται ως βασικό δομικό μέρος του. Σε πρώτο επίπεδο αναλύεται και περιγράφεται το πρόβλημα για τον μεμονωμένο κόμβο διατυπώνοντας και περιγράφοντας την αλγοριθμική διαδικασία επίλυσης του προβλήματος, το μοντέλο ελαχιστοποίησης του ρίσκου των καθυστερήσεων και τον προτεινόμενο αλγόριθμο αναζήτησης λύσεων του προβλήματος. Στη συνέχεια διατυπώνεται το ευρύτερο πρόβλημα εύρεσης σηματοδότησης δικτύου με κριτήριο την ελαχιστοποίηση του ρίσκου ως προγνωστικό υποσύστημα εκτός σύνδεσης αλλά και ως υποσύστημα απευθείας σύνδεσης. Στην προτεινόμενη προσέγγιση διατυπώνεται και περιγράφεται με λεπτομέρεια το μοντέλο ρίσκου για την ανάλυση της απόδοσης του δικτύου μέσω της δυναμικής μεσοσκοπικής προσομοίωσης, το μοντέλο ελαχιστοποίησης του ρίσκου για την εύρεση των βέλτιστων ρυθμίσεων σηματοδότησης, ο αλγόριθμος αναζήτησης λύσεων και οι αντικειμενικές συναρτήσεις του προβλήματος βελτιστοποίησης. Η εφαρμογή των προτεινόμενων μεθοδολογιών εύρεσης πραγματοποιείται σε περιπτώσεις υποδειγμάτων της βιβλιογραφίας. Τα οφέλη από την ενσωμάτωση της ανάλυσης ρίσκου στο σχεδιασμό της σηματοδότησης και της ανάλυσης της απόδοσης του μεταφορικού συστήματος διαπιστώνονται μέσω σύγκρισης των προτεινόμενων μεθοδολογιών με τυπικές μεθοδολογίες και λογισμικά που χρησιμοποιούνται ευρέως. Επιπλέον διερευνάται η βασική υπόθεση της μεθοδολογίας ελαχιστοποίησης ρίσκου που προτείνεται, ότι δηλαδή η διαχείριση της κυκλοφορίας, μέσω φωτεινής σηματοδότησης, που είναι σχεδιασμένη και βελτιστοποιημένη με την ελαχιστοποίηση της Υπό Συνθήκη Αξίας σε Κίνδυνο, θα προσφέρει στους χρήστες μικρότερο κίνδυνο να βιώσουν υψηλότερες τιμές καθυστερήσεων. Η διατριβή εξετάζει ένα θέμα που έχει τόσο ερευνητικό όσο και πρακτικό ενδιαφέρον. Από τα αποτελέσματα των εφαρμογών, προκύπτει ότι η συμβολή της διατριβής δύναται να μεγιστοποιηθεί, εάν οι μεθοδολογίες και οι διαδικασίες που διατυπώνονται εφαρμοστούν σε πραγματικές συνθήκες ανάλυσης και διαχείρισης δικτύων, βελτιώνοντας την ποιότητα ζωής των χρηστών του συστήματος και συμβάλλοντας θετικά στην οικονομία και στο περιβάλλον.