بهینه‌سازی زمان‌بندی حرکت و توقف قطارهای مترو با استفاده از الگوریتم nsga-ii برای کاهش زمان سفر و افزایش کارآیی اقتصادی و زیست‌محیطی سیستم

در طراحی و توسعه سیستم‌های حمل‌ونقل عمومی مانند راه‌آهن شهری، علاوه بر طراحی مسیر شبکه و مکان ایستگاه‌ها، ارائه زمان‌بندی حرکت ناوگان نیز مرحله‌ای از طراحی است. در زمان‌بندی مترو، جدا از فاصله زمانی میان ورود دو قطار متوالی به ایستگاه‌ها، متغیرهایی مانند مدت‌زمان شتاب‌گیری قطارها در شروع حرکت بین دو ایستگاه، اندازه شتاب حرکت آنها، مدت‌زمان ترمز گرفتن آنها در پایان حرکت بین دو ایستگاه، اندازه شتاب آنها در هنگام ترمز و مدت‌زمان توقف آنها در ایستگاه‌ها، تاثیر بسزایی در معیارهای زمان‌بندی مانند مدت‌زمان سفر مسافران، هزینه‌های شرکت بهره‌برداری مترو و انرژی مصرف شده توسط قطارها دارد. از آنجایی که معیارهای مذکور در تضاد با یکدیگر هستند، در این مطالعه سعی شـده است با استفـاده از الگوریتـم nsgaii، بهینه‌سازی زمان‌بندی حرکت و توقف قطارهای خط 1 متروی تهران انجام گیرد. برای این کار، پس از مدل‌سازی مسئله و طراحی توابع هدف بهینه‌سازی مطابق با معیارهای موردنظر در طراحی، راه‌حل‌های واقع در سطح پارتو مسئله به دست آمد. به علت تعداد زیاد راه‌حل‌ها، با استفاده از تحلیل kmeans خوشه‌بندی راه‌حل‌ها صورت گرفت و مراکز خوشه‌ها به عنوان راه‌حل‌های کاندید که در اختیار مدیر تصمیم‌گیرنده قرار می‌گیرد، مشخص شد. با بررسی نتایج به دست آمده، می‌توان نتیجه گرفت که روش ارائه شده در این تحقیق، مجموعه‌ای از راه‌حل‌های متنوع را در اختیار تصمیم‌گیرنده می‌گذارد که وی می‌تواند بسته به اهمیت هر کدام از سه معیار زمان، هزینه و انرژی مصرف‌شده، در شرایط مختلف راه‌حل ترجیح داده شده را برگزیند. در مرحله آخر، با مقایسه توابع هدف به ازای راه‌حل‌های کاندید با زمان‌بندی کنونی، راه‌حل ترجیح داده شده انتخاب شد. نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که بکارگیری این راه‌حل در مقایسه با زمان‌بندی کنونی، زمان سفر مسافران و هزینه ناشی از خالی ماندن ظرفیت قطارها را به ترتیب تا 16/7 و 13/5 درصد کاهش می‌دهد.

Optimization of Subway Trains Service Schedule Using NSGAII in order to Decrease Passengers Travel Time, System Economic Loss and Energy Consumption

Scheduling vehicles’ runtime and dwell time is one important phase of designing and developing public transportation systems. Apart from trains’ headway time in subway systems, parameters such as time and rate of acceleration when trains startup or brake and also their dwell time at stations influence scheduling design criteria including passengers travel time, economic efficiency of the service and the amount of energy consumed. Since these criteria are not positively correlated, Tehran subway line no. 1 service schedule has been optimized using NSGAII in this study. To achieve this goal, the problem was modelled first and objective functions of optimization procedure were formulated based on scheduling criteria. Then, by performing the multiobjection algorithm, solutions occurred on the Pareto Front was obtained. Since the number of solutions obtained by NSGAII are numerous, KMeans analysis was used to cluster solutions. Centroids of each cluster could be considered as candidate solutions that one of them will be chosen by decision makers as the preferred solution. Results of the study show that using the suggested approach would output a wide variety of solutions and provide possibility of choosing the final solution based on decision preferences for the decision maker. Calculated objective functions for candidate solutions were compared with those for current subway schedule that resulted in the preferred solution to be chosen which leads to passengers travel time and economy loss of the system decreasing by 7.16 and 5.13 percent respectively.