![[09127409082]](https://barast.com/wp-content/uploads/2021/01/newlogo.png){kind=small}
برنامهریزی حمل و نقل مشترک مسافر و بار برای یک سیستم لجستیک زیرزمینی
با ورود حمل و نقل بار به شبکه حمل و نقل مسافر، لجستیک شهرهای زیرزمینی به عنوان یک جایگزین مطلوب برای رفع چالشهای ناشی از حرکت کامیونها در حمل و نقل بار شهری در نظر گرفته میشود. علاوه بر این، برخی از خطوط مترو به دلیل تقاضای نامتعادل، از ظرفیت پایینی برای استفاده رنج میبرند که این امر پتانسیل گسترش ظرفیت اضافی برای حمل و نقل بار را فراهم میکند. بنابراین، این مطالعه مسئله زمانبندی واحد قطار را با حمل و نقل ترکیبی مسافر و بار در ساعات غیر اوج ادغام میکند. هدف، استفاده کامل از ظرفیت باقی مانده نه تنها با ادغام جریانهای مسافر و بار، بلکه با ایجاد یک ترکیب انعطافپذیر است به طوری که ظرفیت بتواند تقاضا را بهتر برآورده کند. ترکیب یک سفر به عنوان حالت آن تعریف میشود. یک شبکه سهبعدی فضا-زمان-حالت برای ثبت گذارهای ترکیب و مسیرهای مسافر/بار ساخته شده است. این مسئله به عنوان یک مدل برنامهریزی خطی عدد صحیح فرموله شده است تا مجموع وزنی هزینههای عملیاتی واحد قطار، سفر مسافر و سفر بار را به حداقل برساند. با استفاده از ویژگیهای خاص مسئله، یک رویکرد شاخه و حد مبتنی بر شکاف مقید برای حل کارآمد مدل توسعه داده شده است. بدترین حد برای هر هدف با معرفی دو شکاف در اهداف مربوط به مسافر و بار تضمین میشود. گرههایی که حد پایین تخمینی آنها از شکافهای تعیین شده بیشتر است، هرس میشوند. یک روش جستجوی پرتو نیز برای کاهش بیشتر پیچیدگی محاسباتی گنجانده شده است. الگوریتم توسعه یافته بر روی نمونههای واقعی از شبکه متروی پکن آزمایش شده است. نتایج، بینشهایی در مورد مزایا و سناریوهای قابل اجرا برای ادغام حمل و نقل مسافر و بار ارائه میدهد. علاوه بر این، ما نشان میدهیم که تعداد واحدهای قطار باید با توجه به موازنه بین کیفیت خدمات مسافر و حجم تقاضای بار، با دقت تعیین شود.
مقدمه
بسیاری از شهرهای بزرگ در عصر تجارت الکترونیک با چالش تقاضای عظیم و مداوم در حال رشد برای خدمات بستهبندی مواجه هستند (Ma و همکاران، 2022). اگرچه حمل و نقل بار شهری به طور قابل توجهی به توسعه اجتماعی-اقتصادی شهرها کمک میکند، اما منجر به تراکم ترافیک، انتشار گازهای گلخانهای و آلودگی نیز میشود (Masson و همکاران، 2017). جریانهای بار و مسافر به جای همکاری با یکدیگر، بر سر ظرفیتهای محدود جادهای در شهرها رقابت میکنند. رقابت آنها تراکم ترافیک را تشدید میکند (که یکی از چالش برانگیزترین مسائل در لجستیک شهری است) و به شدت بر کیفیت خدمات حمل و نقل تأثیر میگذارد (Fatnassi و همکاران، 2015). برای رسیدگی به چنین مشکلات مربوط به تحرک در حمل و نقل جادهای، به ویژه در مراکز شهر، تغییر به سمت سیستمهای حمل و نقل سبزتر (Perrykkad و همکاران، 2022) مورد نیاز است (Frahani و همکاران، 2013).
ادغام بار و مسافر در یک سیستم حمل و نقل، به ویژه سیستمهای حمل و نقل عمومی مانند اتوبوس، تراموا و مترو، در سالهای اخیر به عنوان یک راه حل بالقوه برای مشکلات لجستیک شهری ظهور کرده است. سیستمهای مترو شهری از مزایای وقتشناسی، راحتی، ظرفیت زیاد، انتشار کم آلایندهها و هزینههای عملیاتی پایین برخوردارند. با این حال، آنها از استفاده ناکافی از ظرفیت قطار در ساعات غیر اوج رنج میبرند (Di et al., 2022; Ye et al., 2021) که ظرفیت اضافی برای حمل و نقل بالقوه باقی میگذارد. علاوه بر این، خدمات با تراکم بالا در ساعات اوج صبح و عصر ارائه میشود تا مسافران بتوانند از حومه شهر برای کار به مراکز شهر سفر کنند و سپس به خانههای خود برگردند. این ویژگی جزر و مدی منجر به ازدحام بیش از حد در یک جهت و اشباع نشدن در جهت دیگر میشود و باعث میشود ظرفیت حمل و نقل اضافی در جهت خلوت بلااستفاده بماند (Zhou et al., 2022a, 2022b). بنابراین، سیستمهای مترو میتوانند با کاهش ترافیک زمینی و استفاده از ظرفیت اضافی، نقش مهمی در کاهش مشکلات شهری و بهبود استفاده از ظرفیت داشته باشند، اگر به حمل و نقل بار اجازه داده شود تا ظرفیت خود را با مسافران به اشتراک بگذارد. این مفهوم همچنین با الگوی «مسافر روی زمین و بار زیر زمین» در سیستمهای لجستیک زیرزمینی مطابقت دارد (دی و همکاران، 2022؛ هو و همکاران، 2023).
یکی از اجزای کلیدی بهینهسازی جریان مسافر و بار برای یک سیستم لجستیک زیرزمینی، برآورده کردن تقاضاهای متغیر با زمان مسافر و بار با یک جدول زمانی از پیش تعیینشده ثابت و استفاده کامل از ظرفیت باقیمانده برنامه پس از اسکان مسافران است. برای ارائه کارآمد خدمات به مسافران و بار تحت یک جدول زمانی ثابت، ترکیب ناوگان ریلی، که تعداد واحدهای قطار اختصاص داده شده به هر قطار برنامهریزیشده را تعیین میکند، ضروری است. اجرای تمام خدمات قطار تحت یک حالت ترکیب ثابت که اجازه تغییر ترکیب قطار در طول مسیر را نمیدهد، میتواند منجر به تطابق ضعیف بین عرضه و تقاضا شود، زیرا تقاضا پویا است در حالی که عرضه ثابت است. از این رو، یک استراتژی ترکیب انعطافپذیر در این مطالعه در نظر گرفته شده است که به واحدهای قطار اجازه میدهد بر اساس تقاضای وابسته به زمان مسافر و بار، به هم متصل یا از هم جدا شوند. مزیت اصلی آن، قابلیت تنظیم ترکیب قطارها بر اساس تقاضای واقعی است که میتواند استفاده از ظرفیت را بهبود بخشد، هزینههای عملیاتی را کاهش دهد و ظرفیت مازاد را کم کند (بهویژه در ساعات شلوغی که تقاضای سفر در دو جهت بسیار نامتعادل است). علاوه بر این، واحدهای قطار برای تسهیل حمل و نقل مشترک به دو گروه طبقهبندی میشوند: واحدهای قطار مسافربری (PTU) و واحدهای قطار باری (FTU). به دلیل کمبود تجهیزات عملیاتی، PTUها/FTUها به ترتیب مجاز به تحویل بار یا مسافر نیستند. حداکثر تعداد واحدهای قطاری که شامل غلتان لکلک هستند محدود شده است. هرچه PTUها/FTUهای بیشتری برای یک سفر اختصاص داده شود، ظرفیتی که میتواند برای پاسخگویی به تقاضای مسافر/بار استفاده شود (که کیفیت خدمات برای مسافران/بار را بهبود میبخشد) بیشتر میشود، در حالی که ظرفیت کمتری برای بار/مسافر باقی میماند. بنابراین، هنگام تدوین برنامه واحد قطار، لازم است مزایای مسافر و بار ادغام شود.
مطالعات موجود در مورد برنامهریزی حمل و نقل مشترک بار-مسافر، در درجه اول بر مسائل جدول زمانی تمرکز دارند. یک روش معمول، وارد کردن قطارهای باری اختصاصی به جدول زمانی فعلی قطارهای مسافربری است که توسط ظرفیت خط مترو یا شبکه محدود شده است. با این حال، روشهایی برای استفاده کامل از ظرفیت برنامههای فعلی قطار به طور سیستماتیک بررسی نشده است. علاوه بر این، اکثر مطالعات به بهینهسازی یک خط واحد به جای یک شبکه محدود شدهاند. با این حال، هدف از حمل و نقل یکپارچه، تحقق هماهنگی بهتر جریانهای بار برای کاهش استرس در سیستمهای لجستیک است که نیازمند مفاهیم خلاقانه، نوآورانه و خارج از چارچوب است (Savelsbergh and Van Woensel, 2016). بنابراین، گامی به سوی سناریوی آینده سیستمهای لجستیک زیرزمینی مورد نیاز است، جایی که ایستگاههای انتقال به خوبی با امکانات لازم برای بارگیری/تخلیه و انتقال مجهز شدهاند. بنابراین، بهینهسازی حمل و نقل ترکیبی برای کل شبکهای که مقدار زیادی بار میتواند بین خطوط منتقل شود، بسیار مهم است.
برای پرداختن به این شکاف، این مطالعه، برنامهریزی واحد قطار و بهینهسازی یکپارچه جریان مسافر و بار را برای یک شبکه مترو ترکیب میکند و یک ابزار پشتیبانی تصمیمگیری برای سیستمهای لجستیک زیرزمینی شهری ارائه میدهد تا توسعه انعطافپذیر و هوشمند را در شهرها ارتقا دهد. یک ترکیب انعطافپذیر برای برآوردن تقاضای وابسته به زمان و استفاده کامل از ظرفیت باقیمانده سیستم مترو معرفی شده است. جریانهای مسافر و بار به طور صریح مدلسازی شدهاند تا از به خطر افتادن سطح خدمات برای مسافران جلوگیری شود.
ادامه این مقاله به شرح زیر سازماندهی شده است: بخش 2 به بررسی ادبیات مرتبط و شناسایی دستاوردهای ما میپردازد. بخش 3 مسئله را بر اساس یک شبکه فضا-زمان-حالت تعریف میکند و یک مدل بهینهسازی پیشنهاد میدهد. بخش 4 یک رویکرد حل شاخه و حد مبتنی بر شکاف مقید ارائه میدهد. آزمایشهای عددی در بخش 5 برای بررسی مدل و الگوریتم پیشنهادی ارائه شده است. در نهایت، نتیجهگیری در بخش 6 ارائه شده است.(منبع).