Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Tamannaei
محمد تمنایی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Shima Taheri
شیما طاهری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی حمل‌ونقل
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396

TITLE

An integrated rail transportation network design with consideration of government and freight owners’ perspectives: Proposing a three-level approach based on sustainable development, regarding competition of rail, road, and intermodal systems
Rail traortation network design, concentrating on establishing new rail corridors, developing existing corridors’ capacities, and interaction between rail corridors and logistics centers, is one of the substantial and strategic issues in the field of traortation. Finding an optimal solution to this problem, considering capacity constraints and network pricing, can lead the freight traortation demand to the green rail mode and reduce economic, environmental, and social costs. In this paper, for the first time, a three-level integrated intermodal network design problem (MIINDP) with consideration of modal competition, network elements’ capacity constraints, budget limitation, and different actors’ points of view is addressed. On upper-level, intermodal terminal and rail corridor candidates are selected by concentrating on budget limitation. On the middle level, road and rail and intermodal annual freight demand are calculated by logit discrete choice model, and freight demand will be updated. Finally, the demands are assigned to lower-cost routes capacity-based incremental assignment method. In this problem, freight demand is assigned to the networks based on four types of rail accessibility of origins and destinations. Due to capacity constraints in rail traortation system, it is possible to exist unmet rail/intermodal annual fright demand of an OD-pair. Therefore, in this situation, the demand is assigned to OD-pair’s lowest-cost road route. A mathematical programming model is formulated, aimed to minimize the total cost, including both internal and external costs of freight traortation in rail and road networks. In the proposed mathematical model, the government selects candidates due to budget limitation to minimize the network’s total cost after applying the logit model and choosing the appropriate traortation mode by the freights’ owners. It is worth noting that the b freight’s owners choose the reasonable traortation mode without considering the external costs and only by regarding internalities. Although, the government considers the total cost of the network after allocating all the freight demand, by imposing externalities. Due to the NP-hardness of the problem, an innovative solution approach, based on genetic algorithm and heuristic indices are proposed and implemented in the Java programming environment. The heuristic indices and the Roulette wheel heuristic algorithm are employed to restrict the candidate combinations and to initialize a genetic algorithm population. To prioritize establishment and development candidates, candidate’s Absolute Priority Index (API) is introduced to designate the importance of each candidate for choosing. Besides, another heuristic index, named Similarity Index (SI) is defined to determine the similarity of candidates. Also, to evaluate and validate the proposed solution approach, some examples are designed in small-scale and compared with each other. This comparison indicates that the results obtained from the proposed solution approach differ by a maximum of 0.085% from the optimal solution, obtained from the exact exhaustive enumeration algorithm. However, the average solution times of the designed examples by the exhaustive enumeration algorithm and the proposed solution approach are 3600 and 240 minutes, respectively. Then, with consideration of establishing and developing rail corridor candidates in Iran’s rail traortation network, and also different amounts of budget, optimal integrated Iran’s rail network design was presented. Some examples of Iran Rail Network by considering the origin-destination demand matrix of different good groups in the year 1414 (including 390 centroids) And 247 candidates (45 intermodal terminals and 202 rail corridors) were solved. The average time to solve each of the problems using the proposed solution approach in the research was 1500 minutes. As a consequence of this paper, considering a higher budget and establishing more candidates does not necessarily lead to lower external costs of rail and road networks. This managerial insight means that there may be scenarios of rail network design, in which, the external costs are less than the external costs in the complete network (existing all candidates).The achievementof this paper can be used as an effective and efficient tool for policy making and prioritization of railway network infrastructure projects. Keywords: Environmentally friendly modes, Multilevel integrated intermodal network design problem, External costs, Rail accessibility, Heuristic indices.
طراحی شبکه حمل­ونقل ریلی با تمرکز بر احداث خطوط جدید، بهبود ظرفیت خطوط موجود و نیز اندرکنش بین خطوط ریلی و مراکز لجستیک، یکی از مسائل مهم و راهبردی حوزه­ی حمل­ونقل است. یافتن پاسخ بهینه برای این مسأله با توجه به کلیه­ی محدودیت­های ظرفیتی و قیمت­گذاری شبکه، می­تواند تقاضای حمل­ونقل کالا را هرچه بیشتر به سمت گونه‌ی سبز ریلی سوق دهد و سبب کاهش هزینه­های اقتصادی، زیست­محیطی و اجتماعی گردد. در پژوهش حاضر، برای اولین بار، مسأله­ی سه­ سطحی طراحی یکپارچه شبکه­ی حمل‌ونقل ترکیبی با لحاظ رقابت بین گونه­های جاده­ای، ریلی و ترکیبی، محدودیت ظرفیت اجزای شبکه، محدودیت بودجه و تفاوت دیدگاه بازیگران ارائه شده­است. در سطح بالای مسأله، پایانه­­های حمل­ونقل ترکیبی و محورهای ریلی کاندیدا با در نظرگرفتن محدودیت بودجه انتخاب می­شوند. در سطح میانی، تقاضای سالانه­ی بار برای گونه­های جاده­ای و ریلی و ترکیبی با استفاده از مدل لوجیت و بروزرسانی ورودی­های آن محاسبه می­گردد. در نهایت، تقاضا­های محاسبه شده به کمک روش تخصیص جزئی مبتنی بر ظرفیت به کم­هزینه­ترین مسیرهای زوج مبدأ-مقصدها تخصیص داده می‌شود. در این مسأله، تقاضای بار بر اساس چهار نوع دسترسی ریلی مبدأ و مقصد تقاضا به شبکه ها اختصاص می یابد. به علت محدودیت ظرفیت در شبکه­ی ریلی، امکان عدم برآورد همه­ی تقاضای ریلی- ترکیبی یک زوج مبدأ-مقصد از طریق شبکه­ی ریلی وجود دارد. بنابراین، در این شرایط تقاضا به کم­هزینه­ترین مسیر جاده­ای آن زوج مبدأ- مقصد تخصیص می­یابد. یک مدل بهینه­سازی ریاضی با هدف کمینه­سازی هزینه­ی کل شامل هزینه­های مستقیم و غیرمستقیم حمل‌و­نقل بار در شبکه های ریلی و جاده­ای ارائه‌شده‌است. در این مدل بهینه­سازی، دولت با توجه به محدودیت بودجه، سبد بهینه‌ی کاندیداهای زیرساخت را به نحوی برمی­گزیند که هزینه­ی کل شبکه پس از اعمال مدل لوجیت و انتخاب گونه­ی مناسب حمل­ونقل توسط صاحبان کالا، کمینه گردد. شایان ذکر است که صاحبان کالا بدون توجه به هزینه­های غیرمستقیم و صرفاً با در نظرگرفتن هزینه­های مستقیم گونه­ی مناسب خود را انتخاب می­کنند؛ اما دولت هزینه­ی کل شبکه را پس از تخصیص همه­ی تقاضا، با اعمال هزینه­های غیرمستقیم در نظر می­گیرد. به علت NP-hard بودن مسأله، یک روش حل نوآورانه مبتنی بر الگوریتم ژنتیک و شاخص­های ابتکاری پیشنهاد شد و در محیط برنامه‌نویسی جاوا پیاده‌سازی گردید. شاخص­های ابتکاری و الگوریتم ابتکاری چرخ رولت به منظور کاهش ارزیابی ترکیبات ممکن کاندیداها و ایجاد جمعیت اولیه­ی شدنی برای الگوریتم ژنتیک مورد استفاده قرار گرفته­­اند. جهت اولویت­دهی کاندیداهای احداث و بهبود، شاخص اولویت­دهی مطلق کاندیداها معرفی شده­است تا اهمیت هر کاندیدا جهت انتخاب تعیین شود. به علاوه، شاخص ابتکاری مشابهت کاندیداها جهت تعیین مشابهت هر دو کاندیدا به یکدیگر مورد استفاده قرار گرفته­است. به منظور ارزیابی و صحت سنجی روش حل پیشنهادی، مثال­هایی در مقیاس کوچک با 18 کاندیدا (8 پایانه­ی حمل­ونقل ترکیبی و 10 محور ریلی) طراحی گردید و جواب‌های حاصل از به‌کارگیری روش حل پیشنهادی با جواب‌های حاصل از روش دقیق شمارش کامل مورد مقایسه قرار گرفتند. این مقایسه نشان­ می­دهد که نتایج حاصل از روش حل پیشنهادی، حداکثر 085/0 درصد نسبت به جواب بهینه­ (حاصل از روش دقیق شمارش کامل) اختلاف دارند؛ این در حالی است که میانگین زمان حل مثال­های طراحی شده توسط الگوریتم شمارش کامل و روش حل پیشنهادی به ترتیب 3600 و 240 دقیقه هستند. در ادامه، با در نظر گرفتن کاندیداهای احداث و بهبود زیرساخت‌های ریلی در شبکه ایران و نیز مقادیر متفاوت بودجه، طراحی بهینه شبکه یکپارچه ریلی کشور ارائه گردید. مثال­های شبکه ریلی ایران، با در نظر گرفتن ماتریس تقاضای مبدأ-مقصد انواع کالا در سال افق 1414 (شامل 390 شهرستان) و ??? کاندیدا (?? پایانه­ی حمل­ونقل ترکیبی و ??? محور ریلی) حل شدند. میانگین زمان حل هر یک از مسائل با استفاده از روش حل پیشنهادی در پژوهش، ???? دقیقه بوده است. براساس نتایج پژوهش حاضر، می­توان دریافت که برخورداری از بودجه­ی بالاتر و احداث کاندیداهای بیشتر، لزوماً منتج به هزینه­ی غیرمستقیم کمتر برای مجموعه شبکه­های ریلی و جاده­ای نمی­شود. این بینش مدیریتی بدان معناست که ممکن است حالاتی از طراحی شبکه­ی ریلی وجود داشته باشند که هزینه­ی غیرمستقیم به ازای آن حالات، کمتر از هزینه­ی غیرمستقیم در حالت شبکه­ی کامل (احداث کلیه­ی کاندیداها) باشد. نتایج این پژوهش می‌تواند به عنوان ابزاری مؤثر و کارا جهت سیاست‌گذاری و اولویت‌بندی پروژه‌های زیرساختی شبکه ریلی، مورد استفاده مدیران و سیاست‌گذاران قرار گیرد. کلمات کلیدی: طراحی یکپارچه شبکه، دیدگاه دولت، محدودیت بودجه، رقابت بین گونه­ای، مسأله­ی سه سطحی، شاخص­های ابتکاری، الگوریتم ژنتیک.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی