مقاله برنامه‌ریزی پویا برای زمان‌بندی سیستم اتوبوس‌رانی

مقاله برنامه‌ریزی پویا برای زمان‌بندی سیستم اتوبوس‌رانی در 14 صفحه ورد قابل ویرایش

چكیده:

در این مقاله سعی شده جدیدترین كاربرد سیستم های حمل و نقل عمومی پیشرفته برای برنامه ریزی پویا سیستم اتوبوسرانی به منظور زمانبندی حركت اتوبوسها، تشریح گردد. مبنای محاسباتی این روش بر اساس الگوریتم كالمن استوار است واز داده های سیستم مكانیابی خودكار وسیله نقلیه و شمارش خودكار مسافر در محاسبات خود استفاده می نمایند. وجه تمایز این روش با روشهای مشابه قبلی در این است كه زمان ماندن اتوبوس در ایستگاه و زمان حركت آن در خطوط را بطور جداگانه محاسبه می نماید لذا می تواند اثر زود و یا دیر رسیدن اتوبوس، بر زمان ماندن آن در ایستگاه و یا برعكس را مشخص نمایند. در خاتمه روش مورد نظر با روشهای شبكه عصبی، رگرسیون خطی و روش تاریخچه داده های قبلی مقایسه شده است.

كلید واژه: برنامه ریزی و زمانبندی اتوبوسرانی، برنامه پویا، حمل و نقل عمومی پیشرفته شمارش خودكار وسلیه نقلیه، مكانیابی خودكار وسیله نقلیه.


1-               مقدمه

در شهرهائی كه از سیتم های حمل و نقل عمومی پیشرفته بهره نمی برند، برنامه ریزی و زمانبندی سیستم اتوبوسرانی، از پیش تعیین شده و به صورت ثابت اعمال می گردد. مبنای محاسباتی روشهای زمانبندی مذكور اغلب مبتنی بر استراتژی بهینه می باشد كه بر اساس ویژگی های خاص و عوامل موثر پروژه مورد نظر نظیر: سرعت جریان ترافیك، طول چرخه سرویس اتوبوسرانی، زمان انتظار، زمان سفر با وسیله نقلیه، تراكم ترافیك و ... استوار است.

در اینگونه روشهای زمانبندی؛ كه در این مقاله به عنوان روشهای قدیمی معرفی می‌شوند؛ چنانچه بواسطه برخی از حوادث پیش بینی نشده نظیر: تصادفات، خرابی وسایل نقلیه در مسیر و غیره تغییری در سرعت جریان ترافیك، چگالی آن و... رخ دهد، رفتار سیستم قابل پیش بینی نبوده و منجر به بروز تأخیر می گردد. ولیكن در روشهای جدید ویا همان روشهای پویای زمانبندی حركت اتوبوسها، تغییرات ایجاد شده در جریان ترافیك در برنامه ریزی بهنگام می گردد.

برای نشان دادن اهمیت مطالعه برنامه ریزی و زمانبندی حركت اتوبوسها، از آمار و ارقام سال 1383 در شهر تهران استفاده می گردد. به طور موتوسط در هر روز هفته 2477270 مسافر توسط سیستم حمل و نقل اتوبوسرانی در شهر تهران جابجا می‌شود. حال چنانچه با زمانبندی و مدیریت صحیح حركت اتوبوسها، تأخیر هر مسافر را فقط به میزان 2 دقیقه بتوان كاهش داد. در یك روز به طور متوسط از 82575 ساعت، اتلاف وقت مسافران جلوگیری می شود و با فرض هر روز كاری 8 ساعت می توان روزانه 3/28 نفر – سال در وقت شهروندان تهرانی صرفه جویی كرد.

تاكنون روشهای مختلفی برای پیش بینی زمانبندی سیستم اتوبوسرانی توسعه یافته است. كه در این مقاله جدید ترین مدل پیش بینی زمان اعزام و رسیدن اتوبوسها در سیستم حمل و نقل عمومی اتوبوسرانی؛ با استفاده از اطلاعات سیستم های حمل و نقل عمومی پیشرفته؛ بیان می شود.

2-               مروری بر سیستم های پیشرفته حمل ونقل عمومی

سیستم های پیشرفتة حمل و نقل عمومی جزئی از سیستم های هوشمند حمل و نقل می باشند كه در حمل و نقل عمومی و به منظور بهبود عملكردها شامل: افزایش ایمنی، افزایش صرفه اقتصادی، بهبود كیفیت خدمات و ... ، استفاده شوند. از كاربرد های سیستم های پیشرفتة حمل و نقل عمومی؛ ایجاد پتانسیل خدمات بیشتر برای كاربران در كنترل فعالیت های ناوگان اتوبوس و بهبود سرعت، ایمنی و راحتی سفر می باشد. ارتقاء تكنولوژی حمل و نقل عمومی نظیر سیستم های خودكار مكانیابی وسیله نقلیه (AVL) ، سیستم های خودكار شمارنده مسافرین (APC) اثرات زیادی بر عملكرد سیستم اتوبوسرانی دارد. سیستم های پیشرفته حمل و نقل عمومی دارای قدمت كمی می باشند. نمونه های اولیه این سیستم در عمل به دهه 60 اوایل دهه 70 بر می گردد. اغلب این تكنولوژی ها بر اساس نشانگرهای ثابتی بودند، كه می بایست در مسیر اتوبوس نصب می شدند. این نشانگرها مجهز به مبدل الترونیكی هستند و زمانی كه اتوبوس ها از كنار آنها عبور می‌كنند، سیستم گیرنده تعیین وقت داخل وسیله، كد شناسائی را دریافت كرده، زمان و تاریخ عبور اتوبوس از كنار نشانگر مورد نظر را ثبت می نمایند. اجرا و نگهداری سیستم های پیشرفتة حمل و نقل عمومی اولیه نظیر نشانگر های ثابت، دارای هزینه های زیادی بودند. كه از آن به بعد، تكنولوژی های جدیدی مثل سیستم موقعیت یابی جهانی (GPS) ارائه گردید كه باعث كاهش هزینه ها شد. اداره حمل و نقل فدرال سیستم های پیشرفته حمل و نقل عمومی را به صورت زیر تقسیم بندی كرده است.



Shalaby & Farhabn . A از دانشگاه تورنتو در سال 2004 روشی را ابداء كردند كه چنین پیامدهائی را پاسخگو باشد. دراین روش زمان حركت اتوبوس در طول  خط و زمان توقف در ایستگاه بطور جداگانه در یك چارچوب مدلسازی سازگار، مدل شده اند. در اینجا فرض شده است اطلاعات زمانهای حقیقی برای موقعیت اتوبوس در هر مكان و لحظه، تعداد مسافران كه سوار و پیاده می شوند و زمانهای حقیقی اعزام و رسیدن اتوبوس از سیستم APC , AVL قابل دریافت باشند. سیستم مدلسازی فوق شامل دو الگوریتم جداگانه برای پیش بینی زمان حركت در خطوط و زمان توقف در ایستگاه می باشد كه هر دو از الگوریتم كالمن استفاده كرده اند. برای پیش بینی زمان حركت اتوبوس در طول یك خط مشخص در لحظه k+1  الگوریتم اول؛ یا همان از اطلاعات سه روز گذشته زمان حركت در خط مورد نظر استفاده شده است. به همین ترتیب زمان حركت اتوبوس در خطوط برای اتوبوس قبلی در روز جاری در لحظه k محاسبه می شود. در این مطالعه از اطلاعات سه روز گذشته؛ بعلت محدودیت در آمار؛ استفاده شده است، بدیهی است كه در كاربردهای عملی این الگوریتم می توان از اطلاعات روزهای بیشتری استفاده كرد.

الگوریتم دوم؛ یا همان مدل پیش بینی نرخ ورود مسافران؛ بطور مشابه از اطلاعات روزهای قبل استفاده می نماید. برای پیش بینی زمان توقف در یك ایستگاه بخصوص، نرخ ورود پیش بینی شده در فاصله عبور زمان پیش بینی شده ضرب می شود. در واقع با تفاضل زمان رسیدن اتوبوس قبلی به ایستگاه از زمان پیش بینی رسیدن اتوبوس بعدی به همان ایستگاه، این فاصله عبور زمانی محاسبه می شود. در ضمن در این مطالعه فرض شده كه زمان صرف شده برای سوار شدن هر مسافر به اتوبوس 5/2 ثانیه می باشد.

در نظر گیری الگوریتم جداگانه برای پیش بینی زمان حركت در خطوط اتوبوسرانی و زمان ماندن (توقف) در ایستگاه توانائی مدل را در تعیین اثر زود و یا دیر رسیدن اتوبوس به ایستگاه، بر پیش بینی زمان توقف در ایستگاه و اعزام از ایستگاه را افزایش می‌دهد و این بدیهی است، چون پیش بینی زمان ماندن اتوبوس در ایستگاه، تحت تأثیر زمان عملی رسیدن اتوبوس به ایستگاه، تحت تأثیر زمان عملی رسیدن اتوبوس به ایستگاه، می باشد. شكل 2 یك مسیر اتوبوس با چند ایستگاه را نمایش میدهد.