مهندسی ترافیک

مهندسی ترافیک

طراحی شبکه حمل‌ونقل همگانی با بهینه‌سازی چندهدفه دوسطحی مبتنی بر مدل جانشین: مطالعه موردی شهر کرمان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجو دکتری گروه مهندسی برنامه‌ریزی حمل‌ونقل، دانشکده مهندسی عمران و محیط‌زیست، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
2 دانشیار گروه مهندسی برنامه‌ریزی حمل‌ونقل، دانشکده مهندسی عمران و محیط‌زیست، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران استاد وابسته، دانشکده مهندسی عمران، زمین‌شناسی و معدن، دانشگاه فنی مونترال، کانادا
چکیده
طراحی شبکه حمل‌ونقل همگانی یکی از مسائل پیچیده برنامه‌ریزی شهری است که به دلیل وابستگی متقابل میان تصمیم‌های طراحی شبکه و رفتار انتخاب مسیر کاربران، به‌صورت ذاتی ماهیتی دو‌سطحی و محاسبات پرهزینه دارد. در این پژوهش، یک چارچوب بهینه‌سازی چندهدفه دو‌سطحی مبتنی بر مدل جانشین برای مسئله طراحی شبکه حمل‌ونقل همگانی ارائه می‌شود که هدف آن افزایش کارایی محاسباتی بدون تضعیف دقت ارزیابی عملکرد شبکه است. در سطح بالا، تصمیم‌های برنامه‌ریز شامل انتخاب خطوط کاندید حمل‌ونقل همگانی بوده و سه هدف کلیدی شامل بیشینه‌سازی تعداد کاربران حمل‌ونقل همگانی، کمینه‌سازی هزینه کل سیستم و کمینه‌سازی میزان تولید آلایندگی ناشی از حمل‌ونقل عمومی به‌طور هم‌زمان در نظر گرفته شده‌اند. در سطح پایین، واکنش کاربران از طریق یک مدل تخصیص مبتنی بر سرفاصله در نرم‌افزار ویزوم شبیه‌سازی می‌شود. به‌منظور کاهش هزینه محاسباتی ناشی از اجرای مکرر مدل تخصیص، از رگرسیون بردار پشتیبان به‌عنوان مدل جانشین برای تقریب توابع هدف سطح بالا استفاده شده و این مدل به‌طور مستقیم در حلقه یک الگوریتم فرا ابتکاری چندهدفه ادغام گردیده است. مطالعه موردی شهر کرمان نشان می‌دهد که مدل جانشین با ضریب همبستگی بالا (0.760.82) و خطای مطلق میانگین قابل‌قبول (حدود 10 درصد)، قادر به‌تقریب مناسب عملکرد شبکه است. نتایج عددی حاکی از کاهش حدود 90 درصدی زمان محاسباتی در مقایسه با حل مستقیم مسئله بوده و درعین‌حال مجموعه‌ای پایدار از راه‌حل‌های غیر مغلوب پارتو با تنوع مناسب شناسایی شده است. تحلیل روابط میان توابع هدف نیز مبادلات منطقی میان افزایش استفاده از حمل‌ونقل همگانی، هزینه‌های سیستم و آلایندگی حمل‌ونقل عمومی را تأیید می‌کند. به‌طورکلی، چارچوب پیشنهادی رویکردی کارآمد و قابل‌تعمیم برای حل مسائل پیچیده طراحی شبکه حمل‌ونقل همگانی در مقیاس‌های واقعی ارائه می‌دهد.
کلیدواژه‌ها

- Owais, M., & Osman, M. K. (2018). Complete hierarchical multi-objective genetic algorithm for transit network design problem. Expert Systems with Applications, 114, 143–154.
 
- Nayeem, M. A., Rahman, M. K., & Rahman, M. S. (2014). Transit network design by genetic algorithm with elitism. Transportation Research Part C: Emerging Technologies, 46, 30–45.
 
- Li, M., Lin, X., & Chen, X. Q. (2017). A surrogate-based optimization algorithm for network design problems. Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering, 18, 1693–1704.
 
- Rodriguez-Roman, D. (2018). A surrogate-assisted genetic algorithm for the selection and design of highway safety and travel time improvement projects. Safety Science, 103, 305–315.
 
- Arbex, R. O., & da Cunha, C. B. (2015). Efficient transit network design and frequencies setting multi-objective optimization by alternating objective genetic algorithm. Transportation Research Part B: Methodological, 81(Part 2), 355–376.
 
- Rodriguez-Roman, D., & Ritchie, S. G. (n.d.). Surrogate-based optimization for multi-objective toll design problems. Transportation Research Part A.
 
- Chen, X., Zhu, Z., He, X., & Zhang, L. (2015). Surrogate-Based Optimization for Solving a Mixed Integer Network Design Problem. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 2497, 124–134.
 
- Mauttone, A., & Urquhart, M. E. (2009). A multi-objective metaheuristic approach for the Transit Network Design Problem. Public Transport, 1, 253–273.
 
- Tedjopurnomo, D., Bao, Z., Choudhury, F., Luo, H., & Qin, A. K. (2022). Equitable Public Bus Network Optimization for Social Good: A Case Study of Singapore. In Proceedings of the 2022 ACM Conference on Fairness, Accountability, and Transparency (FAccT ’22) (pp. 278–288).