طراحی شبکه هوشمند معابر شهری با استفاده از داده‌های OSM جهت امدادرسانی

در مواقع وقوع بحران در محیط GIS (مطالعه موردی: ایستگاه آبرسان مترو تبریز)

چکیده

يكي از مهم‌ترین كاربردهاي GIS درزمینه مديريت بحران مدل‌سازی شبکه معابر شهری مي­باشد. در این پژوهش با دریافت داده‌های OSM ابتدا خطا و صحت داده‌های موردنظر بررسی سپس پایگاه داده هوشمند برای شبکه معابر شهری تبریز جهت تجزیه‌وتحلیل‌های شبکه در محیط GIS طراحی شد؛ و در ادامه موقعیت ایستگاه مترو آبرسان نسبت به مسیرهای بهینه دسترسی مراکز امدادی با استفاده از مدل تحلیل شبکه در GIS مدل‌سازی شد. هدف پژوهش علاوه بر مشخص کردن قابلیت داده‌های OSM در ایجاد شبکه معابر در محیط GIS ،کاربرد این شبکه در مدیریت بحران ایستگاه­های مترو نیز مشخص گردید. برای این منظور از انواع داده‌ها و روش‌های پردازش اطلاعات مکانی شامل موقعیت مکانی ایستگاه­های آتش‌نشانی، مراکز فوریت‌های پزشکی (اورژانس)، بیمارستان­ها و داده‌های شبکه معابر شهری همچنین داده­های توصیفی مربوط به پایگاه داده شبکه معابر شامل سرعت حرکت، جهت حرکت، درجه معبر، تقاطع­ها در قالب تحلیل شبکه پردازش و استفاده شد. نتایج نشان داد که داده‌های OSM از قابلیت و دقت بالایی جهت ساخت شبکه در محیط GIS برخوردار هستند. علاوه بر این، ایستگاه مترو آبرسان در موقعیت مناسبی نسبت به مراکز امدادی قرار گرفته است به‌طوری‌که فاصله شبکه­ای نزدیک‌ترین ایستگاه آتش‌نشانی و فوریت‌های پزشکی از ایستگاه مترو آبرسان به ترتیب ۲۲۵۳ و ۹۸۸ متر و فاصله نزدیک‌ترین بیمارستان از ایستگاه مترو آبرسان ۱۳۰۸ متر می‌باشد. همچنین زمان لازم برای طی این مسیرها برای مراکز آتش­نشانی، فوریت‌های پزشکی و بیمارستان‌ها به ترتیب ۳-۱-۲ دقیقه برآورد شد؛ این نتایج با  استاندارهای دسترسی مراکز امدادی در شهر همخوانی و مطابق استانداردهای تعریف شده می­باشد.

واژه‌هاي كليدي: ایستگاه مترو، شبکه معابر هوشمند، مدیریت بحران، OSM، GIS

مقدمه

سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS1) با ارائه امکانات مربوط به ورود، آماده‌سازی، پردازش و مدل‌سازی پدیده‌های مکانی یکی از مهم‌ترین تکنولوژی‌های عصر حاضر در مدیرت بحران محسوب می‌شود. GIS با ارائه امکانات تحلیلی مدل‌سازی از وضعیت بحران در موضوعات متعدد را امکان‌پذیر نموده و می‌تواند بستری برای تحلیل‌های مکانی مرتبط با مدیریت بحران باشد. بلایای طبیعی مانند زلزله، زمین‌لغزه، سیل و … می‌توانند در GIS مدل‌سازی شده و نمایش داده شوند. مدیران بحران می‌توانند از این مدل‌سازی برای آموزش، تدابیر لازم در طی یک مورد واقعی یا به‌منظور تجزیه‌وتحلیل نتایج بلایای ممکن استفاده نمایند. استفاده از این فناوری، اطلاعات موردنیاز برای برنامه‌ریزی مدیریت بحران را در دسترس می‌نماید و به‌طور خلاصه، کاربرد اندیشمندانه GIS، اضطراب و غافل‌گیری را در مدیرت بحران کاهش می‌دهد ]ولیزاده کامران،۱۳۸۵[.استفاده از علم سیستم اطلاعات جغرافیایی برای حل مشکلات حمل نقل، یکی از مهم‌ترین زمینه‌های کاربردی فناوری GIS در دنیای امروز است. در حالی که عمده توانایی ساختاری GIS متداول در نمایش نقشه‌ها و پردازش داده‌های زمینی است.. GIS-T2 نیازمند ساختارهای جدیدی برای نشان دادن پیچیدگی‌های شبکه حمل‌ونقل و انجام الگوریتم‌های مختلف به منظور عملی کردن توانایی آن در زمینه‌های ارتباطات لجستیکی دارد ] فیشر، ۲۰۰۴[. قابلیت تحلیل‌های شبکه در GIS و استفاده از تکنولوژی‌های روز یکی از نقاط قوت این سیستم می‌باشد؛ که می­تواند بسیاری از مشکلات حمل نقل را حل کند. شبکه‌های حمل نقل به دلیل پیچیدگی و نیاز به الگوریتم‌های پیشرفته جهت تحلیل، باعث شده است که قابلیت‌های تحلیل شبکه  سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی توسعه یافته و تصمیم‌گیری‌ها را سریع، آسان و راحت بکند] فیشر، ۲۰۰۴[. مدل داده‌های شبکه‌ای در زمینه حمل نقل به تحلیل‌های شبکه‌ای پیشرفته‌ای نیاز دارند. اغلب نرم‌افزارهای تجاری GIS در دو دهه گذشته این قابلیت را در خود توسعه داده‌اند] گودچایلد، ۱۹۹۸ [.  ایستگاه‌های مترو در محیط و مکانی کاملاً آشکار قرار دارند به همین دلیل دارای آسیب‌پذیری و خطرات زیادی هستند. با توجه به ساختار مترو و همچنین وجود حجم زیاد جمعیت در ایستگاه‌ها و قطارهای در حال حرکت در داخل تونل‌ها به‌راحتی می‌تواند توسط عوامل طبیعی، انسانی و ذاتی مورد تهدید قرار گیرد. تهدیدات انسانی می‌تواند بمب‌گذاری‌ها (انفجار بمب در متروی استانبول در تاریخ ۱۰/۰۹/۱۳۹۴)، گروگان‌گیری، حمله‌های مسلحانه (تیراندازی در ایستگاه متروی پاریس در تاریخ ۱۸/۱۰/۱۳۹۳)، خرابکاری، ایجاد حریق عمدی (آتش زدن عمدی مترو در کره جنوبی در سال ۲۰۰۳ و کشته شدن حدود ۲۰۰ نفر)، ایجاد رعب و ترس، انتشار مواد و گازهای سمی، تهاجم سایبری (حمله هکرهای کره شمالی به متروی سئول در حدفاصل ماه‌های مارس تا آگوست ۲۰۱۴)، حمله نظامی و… را شامل شود همچنین تهدیدات طبیعی بر متروها می‌تواند مواردی از قبیل زلزله، ورود سیل به داخل تونل­های مترو (حادثه ورود سیل به تونل خط چهار مترو تهران روز یکشنبه مورخ ۲۷/۰۱/۹۱) و درنهایت در بررسی آسیب‌پذیری ذاتی مترو باید اشاره کرد مترو دارای آسیب‌پذیری­ ذاتی زیادی می‌باشند و این آسیب‌پذیری‌ها شامل: خرابی قطارها، خرابی تأسیسات آب، برق (کشته شدن ۳۰۰ نفر در مترو جمهوری آذربایجان در سال ۱۹۹۵ به علت اشکال فنی) و تلفن، ریزش تونل، خرابی ریل­ها، آسیب‌پذیری در سیستم نرم‌افزاری و شبکه کامپیوتری سیستم حمل‌ونقل، نیروی انسانی و متخصصین، قطعات کلیدی (تولیدات داخلی و وابستگی-ها) و … می‌باشد. وابستگی تأسیسات مترو به تأسیسات سطح شهر یکی از نقاط ضعف آن می‌باشد. تأسیسات برق، آب، تلفن و … به تأسیسات روی زمین وابسته است و در صورت آسیب دیدن آنان در هر شرایطی (بحران و عادی) کل تأسیسات شبکه مترو مختل می‌گردد. هر یک از تهدیدات فوق می‌تواند باعث ایجاد بحران و خسارات جبران‌ناپذیری بر یک سیستم قطار شهری (مترو) شود. تحقیق حاضر با بهره‌گیری از داده‌های معابر نقشه‌های شهری باز (OSM3) قابلیت این داده‌ها در ساخت شبکه بررسی و همچنین با تحلیل‌های مکانی و شبکه‌ای GIS مسیرهای بهینه دسترسی مراکز امدادی به ایستگاه مترو آبرسان مدنظر قرار داده است. با توجه به گسترش روزافزون شهر تبریز و همین‌طور مجاورت ایستگاه آبرسان به دانشگاه تبریز و تراکم بسیار بالای مسافر در این خط و ایستگاه بدیهی است که بایستی مطالعات مربوط به بحران جهت استفاده در مواقع ضروری انجام گیرد.

مروری بر پژوهش­های پیشین نشان می‌دهد که تاکنون نمونه­ای منطبق بـا موضوع و هـدف پـژوهـش حاضر انجام‌نشده اسـت. ارزیابی پیشینه تحقیق بیانگر این واقعیت مهم می‌باشد که با وجود قابلیت بالای داده‌های OSM از پتانسیل­های این داده‌ای در مطالعات مدیریت بحران بهره کافی برده نشده است؛ اما تحقیقاتی جانبی در ارتباط با به‌کارگیری تحلیل‌های شبکه‌ای GIS در مواردی انجام شده است. از جمله آن‌ها می‌توان به تحقیق انجام شده توسط آل شیخ و کاظمی  اشاره کرد که با بررسي تراكم جمعيت، دانه‌بندی قطعات، توده گذاري بناها، نحوه توزيع كاركرد- فعالیت‌های مختلف، تأسيسات شهري، نظام دسترسی‌ها، بستر طبيعي و نتايج مطالعات ریز پهنه‌بندی لرزهاي شهر تهران مدل پهنه­بندی خطر نسبی زلزله در شبکه حمل نقل ریلی تهران را ارائه کرده‌اند. این محققین در مطالعه حاضر به مکان‌یابی ایستگاه‌های پرخطر با توجه به عواملی همچون برق، آب، مراکز آتش‌نشانی، مراکز مخابراتی، انتظامي، مناطق تصمیم‌گیری و مدیریتی، شبکه‌های مرتبط و همچنین مکان‌یابی منابعي كه بالقوه خطرناك و خطرساز پرداخته و با در نظر گرفتن اطلاعات مناطق و ایستگاه‌ها و برنامه‌ریزی كنترل ترافيك در هنگام وقوع سانحه به شناسایی نزدیک‌ترین مرکز امدادرسانی پرداخته‌اند ]آل شیخ و کاظمی، ۱۳۸۶[. قنبری و احدنژاد در پژوهشی به بررسی و کاربرد و اجرای مدل تحلیل شبکه معابر و تعیین الگوریتم کوتاه­ترین مسیر در شهر تبریز با استفاده از GIS پرداختند و به این نتیجه رسیدند که تحلیل شبکه در برنامه‌ریزی بهینه حمل‌ونقل از ابزارهاى بسیار مناسب بوده و مدل تحلیل شبکه می‌تواند در تعیین کوتاه‌ترین و بهترین مسیر از نظر خدماتى و دسترسى در برنامه‌ریزی‌های حمل‌ونقل به کار گرفته شود ] قنبری و احدنژاد ، ۱۳۸۸[. سلمانی در پایان‌نامه کارشناسی ارشد خود به بررسی قابلیت داده‌های شبکه معابر OSM جهت ساخت و طراحی شبکه هوشمند معابر شهری در محیط GIS پرداخته و به این نتیجه می­رسد با توجه به این که داده‌های OSM در کشور ایران که به نوعی با کمبود و یا عدم دسترسی به داده‌های مکانی با دقت متوسط به بالا روبه‌رو است قابلیت خوبی جهت ساخت شبکه برای تحلیل‌های شبکه در محیط GIS دارد ]سلمانی، ۱۳۹۵[. بونو و گوتیریز به تجزیه و تحلیل شبکه معابر شهری در محیط GIS بعد از بحران پرداخته و نحوه دسترسی به فضاهای شهری با در نظر گرفتن معابر آسیب دیده شده ارزیابی کرده است] بونو و گوتیرز و  ، ۲۰۱۱[.   عراقی و همکاران، (۱۳۹۳) با استفاده از GIS به طراحی شبکه امدادرسانی اضطراری به ایستگاه متروی شهید حقانی در شرایط وقوع بحران در شبکه معابر تهران پرداخته و با در نظر گرفتن سه عامل کلی امکان ایجاد مسیر امدادرسانی، دسترسی مناسب به مناطق بحران‌زده و اعتمادپذیری مسیرهای امدادرسانی و همچنین در نظر گرفتن چند زیر عامل برای هر یک از عامل­ها میزان اهمیت آن‌ها را مشخص کرده است. در ادامه یک روش ابتکاری را جهت تعیین یک مسیر مناسب میان مراکز امدادی و نقاط آسیب‌دیده پیشنهاد می‌کند این کار را با تعریف پارامتری تحت عنوان ریسک بر مبنای ویژگی‌های هندسی و توپولوژیکی مسیرها انجام می‌دهد و درنهایت بهترین مسیر با توجه به کمترین ریسک انتخاب می‌کند ]عراقی و همکاران، ۱۳۹۳[.  هادی پور و پورابراهیم به کمک مدل تحلیل شبکه GIS به مدل‌سازی بهینه مسیرهای حمل‌ونقل سوخت در داخل شهر اراک پرداخته است ]هادی­پور و پورابراهیم، ۱۳۹۲[.خط یک مترو تبریز و ایستگاه­های آن به ویژه ایستگاه آبرسان  به دلیل جدید احداث بودن نیاز دارد از نظر وضعیت قرارگیری نسبت به مراکز امدادی بر روی شبکه ارتباطی مورد مطالعه قرار گیرد.

داده­ها و روش­ها

منطقه مورد مطالعه در این تحقیق شهر تبریز و خط ۱ شبکه ریلی شهر تبریز می‌باشد. این خط یکی از چهار خط اصلی است که هنوز هم در حال ساخت و تکمیل می‌باشد. این خط به طول ۱۷٫۲ کیلومتر با ۱۸ ایستگاه از میدان ائل گلی آغاز و از طریق بلوار شهید باکری و ۲۹ بهمن، خیابان امام خمینی، چهارراه محققی، باغ گلستان و خیابان خیام به کوی لاله ختم می‌شود. حدود ۸ کیلومتر از مسیر به‌صورت تونل عمیق طراحی‌شده و با دو دستگاه حفار TBM در عمق حدود ۱۶ ـ ۲۵ متری حفاری‌شده است. شکل شماره ۱ مسیر خط ۱ مترو شهر تبریز را نشان می‌دهد.

دانلود این مقاله

منبع این مقاله

مطالب مرتبط