چکیده
تقاضاهای سفر نامتقارن خطوط مترو در کلانشهرها میتواند موجب افزایش زمان انتظار برای مسافران و بهره گیری اساساً اندکی از ظرفیت وسیله نقلیه گردد. بعلت عدم قطعیتهای جریان مسافر و تاخیرات تصادفی، حل این مساله دشوار است. ما یک سیستم حمل و نقل مدولار (MTS) پیشنهاد میکنیم که این امکان را فراهم می آورد که یک ناوگان مترو بتواند بطور پویا در ماژولهای (یا کوپه های) یکسانی در پایانه های مترو تجمیع و سرهم-بندی شده یا برچیده شود. فرمولاسیون قراردادی این مساله با یک مدل برنامه ریزی غیرخطی (NLP) ارائه میشود که نیروی پیشران، نشر گازهای گلخانه ای، مقاومت باد و هزینه اقتصادی عملیات را بررسی میکند. آنگاه خطی سازی مدل NLP، دستیابی به پاسخ سریع آنرا امکانپذیر میسازد. با بهره گیری از آزمایشات عددی بر مبنای داده های بدست آمده از متروی شهر شنژن چین، ما ماندگاری مدل ریاضی را شرح داده و سودمندی مدل را از نظر اقتصادی، کم کربن بودن و پیامدهای اکولوژیکی تایید و اثبات میکنیم. سپس اعتبار مدل پیشنهادی و آنالیز حساسیت با مقادیر پارامترهای گوناگون گزارش میشوند.
1- مقدمه
سیستم حمل و نقل عمومی (مثل اتوبوسها، ترامواها، ترنهای سبک و متروها) بر خلاف سیستم حمل و نقل خصوصی، یک شیوه جابجایی مسافر است که از سیستم سفر گروهی در دسترس عموم استفاده میکند (Wu et.al, 2021). پُرکاربردترین خدمات حمل و نقل، خطوط از پیش تعیین شده ای را با نقاط از پیش تعیین شده برای پیاده و سوار شدن مسافرین دنبال میکنند. آنها با مسیرهای تنظیم شده و جداول زمانی از پیش تعیین شده، اغلب هزینه ثابتی را برای هر سفر تحمل میکنند (Guo et.al, 2017). ولی توزیع نامتقارن تقاضای سفر در طی دوره های مختلف، یک مشکل سرسخت و دیرپا در عملیات حمل و نقل کلانشهرها بشمار میرود که یا موجب هزینه های عمده ای بر حسب زمان انتظار مسافرین شده یا سبب اتلاف قابل توجهی در ظرفیت وسیله نقلیه میگردد (Shi et.al, 2020). بنابراین عدم قطعیت جریان مسافر و تاخیرات تصادفی، حل این مسائل را دشوارتر میسازند (Wang et.al, 2020).
تعارض بین جابجایی مکانی و زمانی تقاضای مسافر و ظرفیت ثابت برای حمل و نقل، چالشی است که به مدت طولانی سیستم حمل و نقل مترو در کلانشهرها را درگیر خود ساخته است. این مسائل عملیاتی سخت و شدید مترو موجب هزینه انبوهی در زمان انتظار مسافر یا هدررفت عمده ای در ظرفیت وسایل نقلیه میشوند (Pel et.al, 2021). همانطور که شکل 1 نشان میدهد با در نظر گرفتن سیستم متروی شنژن بعنوان یک نمونه از این دست، نرخ تقاضای ورود مسافر در یک روز عملیاتی عادی برای یک سیستم حمل و نقل مترو، تغییرات زمانی عمده ای نشان میدهد.
برخی متصدیان MT، تهیه جداول زمانی مبتنی بر زمان اوج و غیر اوج جابجایی مسافر را جهت تناسب با توزیع نامتقارن تقاضای مسافر در دوره های مختلف پیشنهاد میدهند. ولی گرچه این تکنیک، کیفیت خدمات سیستم را تا حدی توسعه میدهد همچنان مسائل حل نشده ای بقوت خود باقی هستند (Niu and Zhou 2013). در طی ساعات اوج جابجایی مسافر، نرخ ورود مسافر بقدری زیاد است که لازمست مسافرین قبل از سوار شدن، منتظر ترنهای بعدی باشند. در طی ساعات غیر اوج، گهگاه تعداد مسافران ترن زیرزمینی اندک است. این بدان معنی است که برای کوپه هایی با ظرفیت ثابت، درصد بار و انرژی تلف شده، کمتر است (Chen et.al, 2019). این پژوهش یک استراتژی عملیاتی موثر برای حل مشکلات شناسایی شده ای پیشنهاد میدهد که بطور همزمان فاصله زمانی توزیع و ظرفیت کوپه ها را بهینه میکند. این مطالعه مبتنی بر داده های بدست آمده از پایانه مترو است و به راحتی به سایر سیستمهای حمل و نقل عمومی قابل تعمیم میباشد.
