بهینه‌سازی زمان‌بندی حرکت و توقف قطارهای مترو با استفاده از الگوریتم NSGA-II برای کاهش زمان سفر و افزایش کارایی اقتصادی و زیست‌محیطی سیستم

Abstract

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 نظیر 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، تأثیر به‌سزایی در معیارهای زمان‌بندی نظیر مدت‌زمان سفر مسافران، هزینه‌های شرکت بهره‌برداری مترو و انرژی مصرف شده توسط قطارها دارد. از آنجایی که معیارهای مذکور در تصاد با یکدیگر هستند، در این مطالعه سعی بر آن شـده است تا با استفـاده از الگوریتـم NSGA-II، 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 K-Means 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 به‌کارگیری این راه‌حل در مقایسه با زمان‌بندی کنونی، زمان سفر مسافران و هزینه ناشی از خالی ماندن ظرفیت قطارها را به ترتیب تا 7.16 و 5.13 درصد کاهش می‌دهد.