مدل برنامه‌ریزی مجدد حرکت قطارهای مسافری در شرایط مسدودی خطوط شبکه ریلی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی صنایع و سیستم‌ها، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 دانشیار، دانشکده مهندسی صنایع و سیستم‌ها، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

3 دانشیار، دانشکده راه آهن، دانشگاه علم و صنعت، تهران، ایران

4 مدیر گروه بهره برداری، مرکز تحقیقات و آموزش راه آهن ج.ا.ا، تهران، ایران

چکیده

رخداد حوادث و اختلالات پیش‌بینی نشده در شبکه‌های ریلی موجب افزایش زمان‌های تأخیر قطارها، کاهش ظرفیت بالقوه مسیر، افت قابلیت اطمینان و استواری برنامه زمان‌بندی می‌شود. مدیریت اختلال در راه‌آهن، شامل مجموعه روش‌هایی است که جهت مدیریت رخدادهای پیش‌بینی نشده‌ و کاهش انحراف از برنامه زمان‌بندی اولیه، اتخاذ می‌گردد. در این تحقیق، مسدودی موقتی بلاک‌های یک شبکه ریلی در اثر حوادث، به عنوان عامل اختلال در برنامه حرکت قطارها در نظر گرفته شده است. زمان شروع مسدودی و مدت زمان لازم برای رفع اختلال مشخص است. در مقاله حاضر، ابتدا مدل زمان‌بندی اولیه حرکت قطارها با هدف کمینه کردن مجموع زمان سفر قطارها ارائه خواهد شد. سپس مدل برنامه‌ریزی مجدد حرکت قطارها که توسعه‌یافته مدل زمان‌بندی اولیه است ارائه می‌شود. برنامه حاصل از مدل زمان‌بندی اولیه مبنای مقایسه بوده و به عنوان ورودی مدل زمان‌بندی مجدد در نظر گرفته می‌شود . مدل زمان‌بندی مجدد ارائه شده در این تحقیق می‌تواند در یک شبکه ریلی، برنامه جدیدی ارائه نماید که در آن مجموع وزنی تا خیرات قطارها در رسیدن به ایستگاه‌های مسافر گیری، کمینه شده و برنامه جدید کمترین انحراف را نسبت به برنامه اولیه داشته باشد. این برنامه جدید شامل تعیین زمان‌های حرکت قطارها در شبکه ریلی و تعیین ایستگاه‌های جدید جهت توقف برای اقامه نماز مسافرین است. به منظور افزایش سرعت حل مسئله، یک روش ابتکاری مبتنی بر محدود نمودن فضای جواب پیشنهاد شده است. جهت اعتبارسنجی مدل زمان‌بندی مجدد، از چند سناریوی مسدودی یک بلاک در مسیر تهران-اهواز-خرمشهر استفاده شده است. نتایج حل مسئله و مثال‌های واقعی نشان می‌دهد که مدل زمان‌بندی مجدد با ارائه برنامه زمان‌بندی مجدد در زمان معقول، از کارآیی مناسبی در تصمیم‌گیری بهینه در شرایط بروز اختلال از نوع مسدودی خط برخوردار است. 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Passenger Train Re-Scheduling Model in Rail Networks under Line Blockage

نویسندگان [English]

  • Erfan Hassannayebi 1
  • Seyed Hesamodin Zegordi 2
  • Mohammad Reza Amin-Naseri 2
  • Masoud Yaghini 3
  • Hashem Kalantari 4
1 Ph.D. Candidate, Department of Industrial & Systems Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
2 Associate Professor, Department of Industrial & Systems Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
3 Assistant Professor, School of Railway Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
4 Director, Division of Rail Operation Analysis, Center of Research and Training of Iran Railway Company, Tehran, Iran
چکیده [English]

Disorders in rail networks expand delays and reduce the reliability and stability of the schedule. Railway disruption management includes ways to manage the operations after the occurrences of unanticipated deviations from the original schedule. In this study, the temporary blockage of tracks in the rail network is regarded as a disruption. The occurrence time of blockage and its recovery time are given. In this paper, first the basic scheduling model with the objective of minimizing the total travel time of trains will be provided. The re-scheduling model is presented which is the extension of the basic model and the original schedule provided by the basic scheduling model will be used as an input for the re-scheduling model. The new plan includes a set of new departure times, dwell times, train running times and a set of new stops for trains on the rail network for passenger's praying. A heuristic approach was proposed to design the new plan within a reasonable time. To validate the model, the train re-scheduling model is tested for multiple disruption scenarios with different disruption recovery times on the Iranian rail network. The result indicates that the developed mathematical models have advantages in producing good recovery solution with respect to the time constraint. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Train rescheduling
  • blockage
  • Disruption management
  • rail network
- جمیلی، امین (1390) "زمان‌بندی دوره‌ای استوار در برابر اغتشاش حرکت قطارها و تعیین ظرفیت زیرساخت های خطوط ریلی"، پایان نامه دکتری، دانشکده مهندسی صنایع، دانشگاه علم و صنعت.
- حسن‌نایبی، عرفان، سیدرسول حسینی، سهیل مردانی، و آرمان ساجدی نژاد  (1391) " نرم افزار زمان‌بندی حرکت قطارها SIMARail مبتنی بر رویکرد بهینه سازی بر پایه‌ شبیه سازی"، یازدهمین کنفرانس مهندسی حمل و نقل و ترافیک ایران، تهران.
- روشنی، کوثر (1389) " زمانبندی مجدد حرکت قطار"، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه تربیت مدرس.
- صفارزاده، محمود، یقینی، مسعود و تمنایی، محمد (1391) "ارایه مدل برنامه ریزی زمان‌بندی حرکت قطارها با درنظر گرفتن محدودیتهای ویژه مسیرهای تک خطه در شبکه ریلی ایران"، فصلنامه مهندسی حمل و نقل، سال چهارم،  شماره دوم، زمستان، ص 151-166.
- یقینی، مسعود و محمدزاده، علی (1390) "یک مدل زمانبندی حرکت قطارها با در نظر گرفتن زمانهای توقف برای نماز"، نشریه تخصصی مهندسی صنایع، دوره 45 ، شماره 1 ، ص 103 -116.
- یقینی، مسعود و نیکو، نریمان (1390) "ارائه مدل بهینه‌سازی برای تولید جدول زمانبندی فشرده حرکت قطارها و محاسبه ظرفیت برای راه‌آهن های شهری و برون شهری" ، یازدهمین کنفرانس بین المللی حمل ونقل و ترافیک.
- Acuna-Agost, R., Michelon, P., Feillet, D. and Gueye, S. (2009) "Constraint programming and mixed integer linear programming for rescheduling trains under disrupted operations", 6th. International Conference on Integration of AI and OR Techniques in Constraint Programming for Combinatorial Optimization Problems. Springer, pp. 312-313.
- Acuna‐Agost, R., Michelon, P., Feillet, D. and Gueye, S. (2011) "A MIP‐based local search method for the railway rescheduling problem",  Networks, Vol 57, pp. 69-86.
- Albrecht, Amie R., D. M. Panton, and D. H. Lee. (2013) "Rescheduling rail networks with maintenance disruptions using problem space search", Computers and Operations Research 40, No. 3,   pp. 703-712
- Almodóvar, M., García-Ródenas, R. (2013) "On-line reschedule optimization for passenger railways in case of emergencies", Computers and Operations Research, Vol. 40, No. 3, pp.725-736.
- Alwadood, Z., Shuib, A. and Hamid, N.A. (2012) "Mathematical programming models for train rescheduling", International Journal of Scientific and Engineering Research, Vol. 3, No. 6, pp.1-7
- Araya, S., Abe, K. and Fukumori, K. (1983) "An optimal rescheduling for online train traffic control in disturbed situations", Decision and Control, 1983. The 22nd IEEE Conference on. IEEE, pp. 489-494.
- Azad, N., Hassini, E. and Verma, M. (2016) “Disruption risk management in railroad networks: An optimization-based methodology and a case study”, Transportation Research Part B: Methodological, Vol. 85, pp.70-88.
- Caprara, A., Fischetti, M. and Toth, P. (2002) "Modeling and solving the train timetabling problem", Operations Research Vol.50, pp. 851-861.
- Corman, F., D’Ariano, A., Pacciarelli, D. and Pranzo, M. (2010) "A tabu search algorithm for rerouting trains during rail operations", Transportation Research Part B: Methodological 44, pp.175-192.
- Corman, F., Goverde, R. M. and D’Ariano, A. (2009) "Rescheduling dense train traffic over complex station interlocking areas", Robust and Online Large-Scale Optimization. Springer, pp. 369-386.
- D'Ariano, A., Corman, F., Pacciarelli, D. and Pranzo, M. (2008). "Reordering and local rerouting strategies to manage train traffic in real time", Transportation Science Vol. 42, pp.405-419.
 - Fan, B., Roberts, C. and Weston, P. (2012) "A comparison of algorithms for minimising delay costs in disturbed railway traffic scenarios", Journal of Rail Transportol. Vol. 2, No. 1-2, 
- Huo, J., Wu, J., Kang, L., and Wang, B. (2016) “Railway timetable rescheduling based on priority and train order entropy”, Journal of Computing in Civil Engineering, Vol. 30, No. 5, pp.04016006.
- Jespersen-Groth, J., Potthoff, D., Clausen, J., Huisman, D., Kroon, L., Maróti, G. and Nielsen, M.N. (2009). "Disruption management in passenger railway transportation", Germany:  Springer.
- Kecman, P., Corman, F., D’Ariano, A. and Goverde, R. M. (2013) "Rescheduling models for railway traffic management in large-scale networks",  Public Transport, pp.1-29.
- Kuster, J., Jannach, D. and Friedrich, G. (2009) "Extending the RCPSP for modeling and solving disruption management problems", Applied Intelligence Vol. 31, pp.234-253.
- Louwerse, I. and Huisman, D. (2012) "Adjusting a railway timetable in case of partial or complete blockades", Erasmus School of Economics (ESE).
- Mladenovic, S., Veskovic, S., Branovic, I., Jankovic, S. and Acimovic, S. (2015) Heuristic Based Real-Time Train Rescheduling System. Networks. doi: 10.1002/net.21625
- Norio, T., Yoshiaki, T., Noriyuki, T., Chikara, H. and Kunimitsu, M. (2005) "Train rescheduling algorithm which minimizes passengers’ dissatisfaction", Innovations in Applied Artificial Intelligence. Springer, pp. 829-838.
- Pinedo, M. (2012) "Scheduling: theory, algorithms, and systems", Germany: Springer.
- Şahin, I. (1999) "Railway traffic control and train scheduling based on inter-train conflict management", Transportation Research Part B: Methodological Vol. 33, pp.511-534.
- Samà, M., Corman, F. and Pacciarelli, D. (2016) “A variable neighbourhood search for fast train scheduling and routing during disturbed railway traffic situations”, Computers and Operations Research.
- Szpigel, B. (1973) "Optimal train scheduling on a single track railway", Operational Research Vol.72, pp.343-351.
- Tamannaei, M., Saffarzadeh, M., Jamili, A. and Seyedabrishami, S. (2016) “A double-track train rescheduling for incident conditions: optimization model and decomposition method”, International Journal of Operational Research, Vol. 26, No.1, pp. 62-87.
- Törnquist, J. (2007) "Railway traffic disturbance management—An experimental analysis of disturbance complexity, management objectives and limitations in planning horizon", Transportation Research Part A: Policy and Practice, Vol.  41, pp.249-266.
- Törnquist, J. and Persson, J. A. (2007) " N-tracked railway traffic re-scheduling during disturbances", Transportation Research Part B: Methodological, Vol.  41, pp.342-362.
- Visentini, M.S., Borenstein, D., Li, J.-Q. and Mirchandani, P.B. (2013) "Review of real-time vehicle schedule recovery methods in transportation services", Journal of Scheduling, Vol. 17, No. 6,  pp.1-27.
- Wang, L., Mo, W., Qin, Y., Dou, F. and Jia, L. (2014) “Optimization based high-speed railway train rescheduling with speed restriction”, Discrete Dynamics in Nature and Society, Article ID 934369, 14 pages
- Xu, X., Li, K., Yang, L. (2015) "Scheduling heterogeneous train traffic on double tracks with efficient dispatching rules". Transportation Research Part B: Methodological Vol.78, pp.364-384.
- Yang, L., Zhou, X. and Gao, Z. (2013) "Rescheduling trains with scenario-based fuzzy recovery time representation on two-way double-track railways", Soft Computing, Volo. 17. Issue 4, pp.1-12.
- Yang, L., Zhou, X. and Gao, Z. (2014) "Credibility-based rescheduling model in a double-track railway network: a fuzzy reliable optimization approach", Omega, Vol. 48, pp.75-93.
- Zhan, S., Kroon, L.G., Veelenturf, L.P. and Wagenaar, J.C. (2015) "Real-time high-speed train rescheduling in case of a complete blockage", Transportation Research Part B: Methodological, Vol. 78, pp.182-201.