استفاده از روش بهینه‌سازی و فرا‌ابتکاری به‌منظور کاهش سرفاصله زمانی اتوبوس (نمونه موردی: خطوط اتوبوس‌رانی قزوین)

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

2 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

چکیده

یکی از مهم‌ترین پارامترها در ارزیابی میزان رضایت مسافران سیستم اتوبوس‌رانی، فراوانی اتوبوس‌ها و یا سرفاصله زمانی بین آن‌هاست. در این مطالعه مسئله بهینه‌سازی فراوانی سیستم حمل‌ونقل عمومی موردبررسی قرارگرفته است، که هدف آن تعیین فاصله زمانی بین اتوبوس‌های بعدی برای مجموعه‌ای از خطوط حمل‌ونقل عمومی است که توسط برنامه‌های سفر آن‌ها تعیین می‌شود. نتیجه حاصله باید تقاضای مبدأ-مقصد داده‌شده و محدودیت در ناوگان اتوبوس‌رانی موجود را برآورده سازد. به‌این‌ترتیب یک مدل برنامه‌ریزی خطی مختلط عدد صحیح (MILP) برای یک مدل از قبل موجود پیشنهاد شد، که در اصل به‌عنوان یک فرمول دوسطحی غیرخطی تدوین‌شده است. فرمولاسیون پیشنهادی قادر به حل موارد واقعی بهینگی مسائل کوچک‌مقیاس با استفاده از تکنیک MILP است. برای حل موارد بزرگ‌مقیاس یک روش فرا ابتکاری پیشنهاد شد که دقت آن با مقایسه نتایج دقیق برآورد شده است. هر دو رویکرد دقیق و تقریبی، با استفاده از موارد موجود تست‌شده است، به‌این‌ترتیب از سیستم حمل‌ونقل عمومی شهر قزوین به‌عنوان نمونه‌های موردی در این مطالعه استفاده شد. اگرچه سیستم حمل‌ونقل عمومی آن دارای 22 خط بود، پیشرفتی حدود 6 درصد با استفاده از این مدل به دست آمد. این نشان می‌دهد که حتی در موارد کوچک، جا برای بهبود بهره‌وری سیستم وجود دارد. ازآنجاکه یافتن بهینگی کلی از شهر قزوین پس از مقدار قابل‌توجهی از زمان اجرا امکان نداشت، در این مطالعه یک روش راه‌حل جایگزین پیشنهاد شد. بنابراین، یک رویکرد فرا ابتکاری جستجوی ممنوعه ارائه شد که نتایج آن در مقایسه با مدل دقیق، رقابتی است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Using optimization and metaheuristic method to reduce the bus headway (Case study: Qazvin Bus Routes)

نویسندگان [English]

  • Shahriar Afandi Zade Zargari 1
  • hamid bigdeli rad 2
  • hamid Shaker 2
1 Department of civil Engineering, Faculty of Engineering and Technology, Iran University of Science and Technology
2 Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering and Technology, Iran University of Science and Technology
چکیده [English]

One of the most important parameters in assessing the satisfaction of passengers in a bus system is bus frequency or bus headway. In this study, optimization of the public transportation system’s frequency has been investigated, which aims to determine time interval between the next buses for a set of public transport lines determined by their travel plans. Origin-destination demand and restrictions on existing bus fleets should be considered by results. In this way, a model (MILP) was proposed for a pre-existing model which originally formulated as a non-linear two-level formula. The proposed formulation is capable of solving the real optimality of small scale problems using the MILP technique. In order to solve large scale, a metaheuristic method has been proposed that its accuracy is estimated by comparing exact results. Both an exact and approximate approach have been tested using existing cases, thus, the public transportation system of Qazvin has been used as case study. Although its public transport system has 22 lines, an improvement of about 6% was achieved using this model. This shows that, even in small cases, there are improvements in system efficiency. Since the general improvement of Qazvin bus system was not possible after a considerable amount of runtime, an alternative solution approach was proposed in this study. Therefore, a tabu search method has been proposed, which results in a competitive comparison with the exact model.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Keywords: Bus Frequency Optimization
  • MILP
  • bus system
-Ahuja, R., Magnanti, T. and Orlin, J. (1993) "Network Flows”, Prentice-Hall. 
-Al-Mudhaffar, A., Nissan, A. and Bang, K. L. (2016) "Bus stop and bus terminal capacity", Transportation Research Procedia, Vol. 14, pp. 1762-1771.
-Börjesson, M., Fung, C. M. and Proost, S. (2017)"Optimal prices and frequencies for buses in Stockholm", Economics of Transportation, Vol. 9, pp. 20-36.
-Canca, D., Barrena, E., De-Los-Santos, A. and Andrade-Pineda, J. L. (2016) ”Setting lines frequency and capacity in dense railway rapid transit networks with simultaneous passenger assignment”, Transportation Research Part B: Methodological, Vol.  93, pp. 251-267.
-Chen, Q., Niu, X. Q., Chen, X. W. and Wang, W. (2004)  “Bus service frequency optimal model", Journal of Highway and Transportation Research and Development, Vol. 2, pp. 103-105.
-Constantin, I. and Florian, M. (1995)" Optimizing frequencies in a transit network: a nonlinear bi-level programming approach", International Transactions in Operational Research, Vol. 2, No. 2, pp. 149–164.
-De Cea, J. and Fernández, E. (1993)  “Transit assignment for congested public transport systems: an equilibrium model", Transportation Science, Vol. 27, No. 2, pp. 133–147.
-dell’Olio, L., Ibeas, A. and Ruisánchez, F. (2012)"Optimizing bus-size and headway in transit networks”, Transportation, Vol. 39, No. 2, pp. 449–464.
-Gao, Z., Sun, H. and Shan, L. (2004) "A continuous equilibrium network design model and algorithm for transit systems", Transportation Research Part B, Vol. 38, No. 3, pp. 235–250.
-Glover, F. and Laguna, M. (1998) "Tabu Search”, Published by  Springer.
-Han, A. F. and Wilson, N. M. (1982) "The allocation of buses in heavily utilized networks with overlapping routes", Transportation Research Part B, Vol. 13, No. 3, pp. 221–232.
-Hu, Q., Corman, F., Wiegmans, B. and Lodewijks, G. (2018) "A tabu search algorithm to solve the integrated planning of container on an inter-terminal network connected with a hinterland rail network", Transportation Research Part C: Emerging Technologies, Vol. 91, pp. 15-36.
-Laporte, G., Ortega, F. A., Pozo, M. A. and Puerto, J. (2017) "Multi-objective integration of timetables, vehicle schedules and user routings in a transit network", Transportation Research Part B: Methodological, Vol. 98, pp. 94-112
-Liu, X. (2017) "Optimizing rail defect inspection frequency to reduce the risk of hazardous materials transportation by rail", Journal of Loss Prevention in the Process Industries, Vol. 48, pp. 151-161.
-López-Ramos, F., Codina, E., Marín, Á. and Guarnaschelli, A. (2017) "Integrated approach to network design and frequency setting problem in railway rapid transit systems", Computers & Operations Research, Vol. 80, pp. 128-146.
-Masson, R., Trentini, A., Lehuédé, F., Malhéné, N., Péton, O. and Tlahig, H. (2017) "Optimization of a city logistics transportation system with mixed passengers and goods", EURO Journal on Transportation and Logistics, Vol. 6, No. 1, pp. 81-109.
-Nikolić, M. and Teodorović, D. (2013) "Transit network design by bee colony optimization", Expert Systems with Applications, Vol. 40, No. 15, pp. 5945-5955.
-Ruisánchez, F., dell’Olio, L. and Ibeas, A. (2012) "Design of a tabu search algorithm for assigning optimal bus sizes and frequencies in urban transport services", Journal of Advanced Transportation, Vol. 46, No. 4, pp. 366–377.
-Ruiz-Vanoye, J. A. and Díaz-Parra, O. (2011) "Similarities between meta-heuristics algorithms and the science of life", Central European Journal of Operations Research, Vol. 19, No. 4, pp. 445-466.
-Schéele, S. (1981) "A supply model for public transit services", Transportation Research Part B, Vol. 14, pp. 133–146.
-Spiess, H. and Florian, M. (1989) "Optimal strategies: a new assignment model for transit networks", Transportation Research Part B, Vol. 23, No. 2, pp. 83–102.
-Szeto, W. Y. and Wu, Y. (2011) "A simultaneous bus route design and frequency setting problem for Tin Shui Wai, Hong Kong", European Journal of Operational Research, Vol. 209, No. 2, pp.141-155.
-Yang, Z., Yu, B. and Cheng, C. (2007) "A parallel ant colony algorithm for bus network optimization", Computer‐Aided Civil and Infrastructure Engineering, Vol. 22, No. 1, pp. 44-55.
-Yu, B., Yang, Z. and Yao, J. (2010) "Genetic algorithm for bus frequency optimization", Journal of Transportation Engineering, Vol. 136, No. 6, pp. 576–583.
 -عطائی، اسفندیار، توکلی مقدم، رضا و عزیزی، زینب. (1397) "بهینه‌سازی سیستم حمل‌ونقل عمومی با استفاده از الگوریتم بهینه‌سازی انبوه ذرات با بردار ارزیابی - مطالعه موردی در سازمان اتوبوس‌رانی"، فصلنامه مهندسی حمل‌ونقل. دوره نهم، شماره سوم، صفحه 413-429.
 -حسنی نسب، سید شهاب،  صفارزاده، محمود و ممدوحی، امیررضا. (1391) " روشی برای مسیریابی بهینه در حمل‌ونقل همگانی یکپارچه شبکه اتوبوس و اتوبوس تندرو"،   فصلنامه مهندسی حمل‌ونقل. دوره دوم، شماره چهارم، صفحه 303-316.