بازیابی بهنگام جدول زمان بندی یک شبکه مترو با استفاده از کنترل کننده پیش بین و در حضور قیود واقعی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مهندسی راه آهن، دانشگاه علم و صنعت ایران

2 دانش آموخته کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی راه آهن، دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

در این مقاله یک مدل گسسته- پیشامد بهبود یافته، به منظور مدل کردن تغییرات زمان اعزام نسبت به جدول زما نبندی در سیستم های ریلی (در اینجا مترو) ارائه شده است. در مدل پیشنهادی بر خلاف مدل های پیش بین، با درنظر گرفتن تأثیر تعداد مسافران موجود در هر سکو و تعداد مسافران موجود در هر قطار بر زمان بندی حرکت قطارها و نیز درخواست مسافران برای سفر بین ایستگاه ها، نقش مسافران در زمان های اعزام سیستم ترافیک ریلی به طور کامل در نظر گرفته شده است. در روش پیشنهادی جهت بازیابی جدول زمانبندی، یک تابع هزینه براساس عواملی که موجب نارضایتی مسافران از سرویس دهی سیستم حمل و نقل مترو می شود، در نظر گرفته شده است. همچنین محدودیت هایی از قبیل محدودیت سرعت، محدودیت سرفاصله زمانی به عنوان قیود مهم و غیر قابل چشم پوشی در یک سیستم ترافیک ریلی در مدل سازی در نظر گرفته شده است. در انتها با طراحی کنترل کننده پیش بین، ورودی کنترلی بهینه برای بازیابی جدول زمانبندی حرکت قطارها در حضور قیود موجود در یک شبکه مترو، به دست آمده و به سیستم اعمال شده است. به منظور ارزیابی توانمندیهای روش پیشنهادی، شبیه سازی های لازم بر اساس مشخصات خط 2 متروی تهران انجام و نتایج ارائه شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Real-Time Rescheduling for a Subway Network using Model Predictive Controller by Considering Actual Constraints

نویسندگان [English]

  • Bizhan Moaveni 1
  • Mohammad Karimi 2
چکیده [English]

In this paper, a new discrete-event model is presented to model the traffic system dynamic. In this model, in spite of previous models, by considering the effect of number of passengers at the platforms and in the trains on scheduling and on the demands for traveling between stations, the role of number of passengers in formulating the departure time is remarked. In this paper, an objective function based on the three main reasons for passengers’ discomforts, such as waiting and travelling discomfort, congestion discomfort, and jitter discomfort are presented. . Also, some limitation related to subway traffic system such as travelling time constraint, headway constraint and number of passengers in the train constraint, are considered as non-negligible constraints in a railway traffic system. Finally, using a Model Predictive Controller, an optimal controller is designed for rescheduling in the presence of physical constrains. To show the effectiveness of the methodology, simulation is performed by using the specifications of Tehran Metro Line 2.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Railway traffic system
  • re-scheduling
  • real-time control system
  • Model Predictive Controller
-Araya, S. and Sone, S. (1984) "Traffic dynamics of automated transit systems with pre-established schedules", Systems, Man and Cybernetics, IEEE Transactions on, pp. 677-687.
-Cury, J., Gomide, F. and Mendes, M. (1980) "A methodology for generation of optimal schedules for an underground railway system," Automatic Control, IEEE Transactions on, vol. 25, pp. 217-222.
-Fernandez ,A., Cucala, A., Vitoriano, B. and Cuadra, F. de (2006) "Predictive traffic regulation for metro loop lines based on quadratic programming," Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, vol. 220, pp. 79-89.
-Fernandez, A., de Cuadra, F. and Garcia, A. (1996) "SIRO: an optimal regulation system in an integrated control centre for metro lines", In Proceedings of COMPRAIL’96, Vol. 2, pp. 299–308.
-Goodman, C. and Murata, S. (2001) "Metro traffic regulation from the passenger perspective, “Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, vol. 215, pp. 137-147.
-Huang, S., Tan, K. K. and Lee, T. H. (2002), "Applied predictive control", Springer.
-Jih-Wen, S. and Wei-Song, L. (2012) "Adaptive optimal control for designing automatic train regulation for metro line," Control Systems Technology, IEEE Transactions on, vol. 20, pp. 1319-1327.
-Krasemann, J. T. (2010) "Greedy algorithm for railway traffic re-scheduling during disturbances: A Swedish case," Intelligent Transport Systems, IET, vol. 4, pp. 375-386.
-Lin, W.-S. and Sheu, J.-W. (2011) "Metro traffic regulation by adaptive optimal control," Intelligent Transportation Systems, IEEE Transactions on, vol. 12, pp. 1064-1073.
-Lüthi, M., Medeossi, G. and Nash, A. (2007) "Evaluation of an integrated real-time rescheduling and train control system for heavily used areas," in International Seminar on Railway Operations Modelling and Analysis (IAROR) Conference, Hannover.
-Mazzarello, M. and Ottaviani, E. (2007) "A traffic management system for real-time traffic optimization in railways," Transportation Research Part B: Methodological, vol. 41, pp. 246-274.
-Narayanaswami, S. and Rangaraj, N. ( 2012) “Scheduling and rescheduling of railway operations: A review and expository analysis,” Technology Operation Management , Vol. 2, Issue 2, pp. 102-122.
-Schutter, B. De, Van den Boom, T. and Hegyi , A. (2002) "Model predictive control approach for recovery from delays in railway systems," Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, vol. 1793, pp. 15-20.
-Taskin, T., Allan, J., Simmons, A. and Mellitt, B. (1994) "Automatic service regulation for London Underground’s Central Line", In Proceedings of COMPRAIL’ 94, Vol. 2, pp. 63–71.
-Tomoeda, A., Komatsu, M., Yoo, I. Y., Uchida, M., Takayama, R., Jiang, R. and Nishinari, K. (2009) "Real-time railway network simulation and alleviating congestion of crowded trains," in ICCAS-SICE, pp. 4932-4936.
-Tomii, N., Tashiro, Y., Tanabe, N., Hirai, C. and Muraki, K. (2005) "Train operation rescheduling algorithm based on passenger satisfaction" Railway Technical Research Institute, Quarterly Reports, 46 (3).
-Törnquist, J. (2006) “Computer-based decision support for railway traffic scheduling and dispatching: A review of models and algorithms,” In Proceedings Trnquist: OASIcs, p. 659.
-Ueda, N. (2005) "Metro traffic optimization accounting for the dis-benefit of halting between stations", PhD thesis, University of Birmingham. 
-Van den Boom, T. and Schutter, B. De (2004) "Modeling and control of railway networks," in American Control Conference, Proceedings of the 2004, vol.6., pp. 5728-5733
-Van Breusegem, V., Campion, G. and Bastin, G. (1991) "Traffic modeling and state feedback control for metro lines," Automatic Control, IEEE Transactions , vol. 36, pp. 770-784.