بخشی از مقاله
بهینه سازي مسیر تردد سرویس هاي حمل و نقل کارکنان یک شرکت، با استفاده از نرم افزار هاي Arc GIS وTransCAD
چکیده
ایجاد امکانات جدید، نیازمند مطالعه دقیق در زمینه نحوه استقرار صحیح این امکانات در مناطق مختلف یک شهر است. جهت تخصیص درست امکانات، اولیننکته اساسی، انتخاب مکان بهینه با توجه به شرایط متفاوت و گاهاً متضاد است. این مساله زمانی اهمیت مییابد که فاکتورهاي بسیار مهمی مانند سفرهاي کاري مد نظر قرار داده میشوند. لذا انتخاب بهینه ایستگاههاي سرویس کارکنان اثرات مثبتی نظیر بهینه سازي مصرف سوخت و کاهش آلودگی هوا را در پی خواهد داشت. از میان کاربريها و خدمات موجود در شهر، استقرار بهینهي فضا - مکانی ایستگاهها به دلیل اهمیت و توجه روز افزون به ارائهي خدمات رفاهی از اهمیت قابل توجهی برخوردار است. بیشک خدمات رسانی به موقع سرویسهاي حمل و نقل بیش از هر چیز مستلزم استقرار آنها در مکانهاي مناسب بوده، تا بتوانند در اسرع وقت و بدون مواجه با موانع و محدودیتهاي محیط شهري از یکسو، و نیز با ایجاد کمترین آثار منفی بر زندگی ساکنان شهر از سوي دیگر، به هدف خود برسند. این مقاله با ارائه روشی جهت بهینه سازي این سیستمها به مطالعه موردي سیستم حمل و نقل کارکنان شرکت نفت اهواز پرداخته است. در این تحقیق مکان یابی ایستگاههاي هشت منطقه شهر اهواز یعنی تعیین مکان بهینه براي تسهیلات سرویس دهی کارکنان شرکت نفت با استفاده از نرم افزار Arc GIS انجام گرفته است. در نهایت روش-هایی جهت اصلاح مسیرها وتعیین مسیرهاي بهینه ارائه شده است.
واژههاي کلیدي: بهینه سازي، مسیریابی, وسایل نقلیه، سرویس حمل و نقل کارکنان، Arc GIS
-1 مقدمه
در پی رشد سریع جمعیت و رشد شتابزده و غیر منطقی شهرها و مطرح شدن آن نیازها براي خدمات عمومی ضرورت پیدا کرد. دراین راستا برنامهریزان سعی دارند با ارائهي الگوي مناسب تخصیص زمین به کاربريهاي مورد نیاز شهرها و مکان گزینی مناسب آنها جهت تامین رفاه و ایمنی شهرها امکانات زیستی بهتري را براي آنها فراهم آورند. حمل و نقل یکی از زیر ساختهاي هر کشور است که مبنا و لازمه سطوح مختلف دسترسی و انتقال مردم و کالا از یک مکان به مکانهاي دیگر است. سامانه حمل و نقل یکی از عوامل مهم بیان کننده میزان توسعه یافتگی یک کشور است. سامانههاي اطلاعات مکانی در زمینه مدیریت بهینه تسهیلاتی چون حمل و نقل، داراي قابلیتهاي فراوانی هستند. تجزیه و تحلیل شبکه مکانی همانند محاسبه کوتاه ترین مسیر، جابجایی و تخصیص منابع، محاسبه سطح دسترسی و ... از مهم ترین این قابلیتها هستند.[1]
از طرف دیگررشد نواحی شهري و کلان شهري به همراه رشد جمعیت شهر نشین، تصمیم گیران شهري را با یک چالش جدي به نام افزایش تقاضاي سفر روبرو کرده است. افزایش جمعیت و سرانه مالکیت خودرو شخصی باعث افزایش تعداد اتومبیلها در خیابانها و بزرگراهها شده است. این افزایش منجر به رشد فزاینده و رو به رشد حجم ترافیک شده است و در نتیجه متخصصین حمل و نقل همواره مواجه، با چگونگی حل این تراکم می باشند. یک سیستم کاراي حمل و نقل شهري بگونهاي طراحی می شود که تعادل بین تقاضا و عرضه درآن برقرار باشد. یعنی همانطور که کمبود سیستمهاي حمل و نقلی باعث ایجاد ازدحام و تبعات مخرب آن می شود توسعه بلا استفاده آن نیز باعث هدر رفتن سرمایه هاست. هرچند این توسعه سبب شود که درآینده توسعه شهري در راستاي سیستم ایجاد شده صورت گیرد. زمان محقق شدن یک طرح مستقیما بر توجیه پذیري آن، تاثیر می گذارد.[2]
برنامه ریزي حمل و نقل شهري یکی از مسائل اساسی کشورهاي توسعه یافته و حتی در حال توسعه محسوب می شود. اهمیت این برنامه ریزي از آنجایی ناشی می شود که این مسئله با سه عامل اساسی، هزینه، زمان و امنیت شهروندان سر و کار دارد. از سوي دیگر اهمیت این مسئله براي دولتها از آنجا ناشی می شود که برنامهریزي حمل و نقل با میزان رضایتمندي شهروندان رابطه مستقیم دارد و به این سبب است که دولتها در پی آن هستند تا این برنامه ریزي را به بهترین شکل ممکن به انجام برسانند.[3]
همچنین پدیده تراکم ترافیک یکی از مشکلات حمل و نقل درون شهري در کلا نشهرها و شبکه هاي بزرگ حمل و نقل شهري است. عدم توزیع بهینه بار ترافیکی در سطح شبکه منجر به افزایش آلودگی زیست محیطی، آلودگی صوتی و اتلاف وقت استفاده کنندگان از شبکه می شود. بنابراین ارائه ابزارهاي کارآمد مدیریتی، نقش تعیین کنندهاي داشته و می تواند تا حدودي عوامل نامطلوب موجود در شبکه حمل و نقلی را کاهش دهد.[4] یکی از راهکارهاي علمی ارتقاي سامانه حمل و نقل همگانی شهر، بهینه سازي مسیر ناوگان حمل و نقل همگانی و یکی از انواع سامانههاي حمل و نقل همگانی، سرویسهاي حمل ونقل ارائه شده توسط ادارات و شرکتهاي خصوصی است. براي اینکه این سامانهها، به سامانههاي کارآمد و پایدار تبدیل شوند و مردم به استفاده از آنها ترغیب شوند، باید پشتوانه علمی و اجرایی قوي داشته باشند..[5]
یکی از راهکارهاي استفاده پایدار از منابع، سیستم حمل و نقل ادارات است. امروزه، سامانههاي حمل و نقل به صورت دلخواه و با نظر افراد تعیین می شوند، در حالی که این انتخاب بهینه نیست. اهمیت این مسئله در بهبود مواردي چون میزان مصرف سوخت، اتلاف وقت، حجم ترافیک، آلودگی هوا و همچنین ارائه خدمات عمومی و خصوصی بهتر نمایان می شود که هرکدام از این موارد می توانند به عنوان هزینه منظور شوند. هدف اصلی مسئله مسیریابی وسایل نقلیه پیدا کردن مسیر با کمترین هزینه ممکن از بین مجموعه مسیرهاي موجود است. بنابراین باید روشی اتخاذ شود که بتوان این مسئله را به صورت کارآمد مدل کرد. از سوي دیگر در صورتی که تعداد کارمندان در یک شرکت زیاد باشد، فضاي جستجوي مسئله افزایش پیدا کرده و استفاده از الگوریتمهاي ریاضی مشکل است. مجموعه بررسیها و تجزیه و تحلیلهاي انجام شده در مورد سرویس کارکنان و نحوه عملکرد ایستگاهها نشانگر آن است که محدودیتها ونارساییهاي عمده اي در مکان گزینی و عملکرد مطلوب ایستگاهها وجود دارد.
کاربري ایستگاههاي سرویس دهی یکی از موارد اساسی در جهت مکانیابی ایستگاهها می باشد. سیاست کلی ایجاد ایستگاههاي سرویس دهی در ایران سیاستی بدون برنامه خاص و مدون بوده است. به گونه اي که براي ایجاد هر ایستگاه در محدودههاي شهري مهمترین اصل خالی بودن زمین یا مواردي از این قبیل می باشد. این موضوع بر مکانیابی کلی ایستگاهها در سطح شهرها تاثیر بسزایی دارد. از جمله دلایل این امر، می توان به عدم انطباق مکان و شعاع پوشش ایستگاهها با مراکز تراکم جمعیت، عدم تناسب تعداد ایستگاهها با تعداد جمعیت تحت پوشش، عدم تناسب توزیع مکانی ایستگاهها با الزامات و بافت شهري، عدم تناسب توزیع مکانی ایستگاهها با استاندارد پوشش زمانی، ناکافی بودن تعداد ایستگاهها نسبت به هردو معیار جمعیت و مساحت شهرها اشاره نمود. درحالیکه با اتخاذ تدابیر مناسب مانند سرویس دهی به موقع می توان از اتلاف هزینه-هاي فراوانی جلوگیري بعمل آورد. لذا پراکندگی مناسب ایستگاهها به منظور سرویسدهی به کلیه مناطق مسکونی کارکنان ضروري به نظر می رسد. بهترین مکان براي ایستگاههاي سرویس، تحت تاثیر معیارها و ضوابط مختلفی از جمله تراکم جمعیت، شعاع پوششی و نزدیکی به یکدیگر هستند.
امروزه براي بسیاري از متخصصان این نکته مسجل شده است که اداره امور مختلف شهرها و برنامهریزي خدمات شهري با
استفاده از روشها و ابزارهاي سنتی، اگر غیر ممکن نباشد، دست کم با اتلاف وقت و انرژي بسیار همراه است. سامانه
به عنوان یک فناوري رایانه محور، در دهههاي اخیر توجه بسیاري از متخصصان رشتههاي مختلف را به خود معطوف ساخته است. تا آنجا که در سالهاي اخیر پژوهشهاي متعددي را در زمینه مکانیابی خدمات شهري از طریق فناوري مذکور در نقاط مختلف کشور شاهد بودهایم. هدف از این پژوهش مکان یابی ایستگاههاي سرویس کارکنان شرکت نفت در هشت منطقه شهر اهواز با استفاده از معیارهاي مختلف یعنی تعیین مکان بهینه براي سرویسدهی با استفاده از Arc GIS می باشد. بنابراین این مقاله ابتدا به بررسی مساله مسیریابی وسایل نقلیه و عوامل موثر بر آن می پردازد سپس مراحل انجام پژوهش آورده و در آخر سیستم بهینه و نتایج حاصل از این عملکرد ارائه می شود.
-2 پیشینه تحقیق
مسئله مسیریابی وسایل نقلیه از جمله مسائل بهینه سازي ترکیبی است که به منظور تخصیص خدمات به شماري از مشتریان توسط یک ناوگان حمل ونقل مطرح شده است و از مهم ترین مسائل مطرح در زمینههاي حمل ونقل، توزیع و تدارکات است. مبناي این موضوع اولین بار در سال 1959 میلادي توسط دانتزیک و رامسر ارائه شد.[6] تاکنون مطالعات زیادي پیرامون مسئله مسیریابی صورت گرفته است. به عنوان مثال در کار دکروچرز از روش قطعی ریاضی براي رسیدن به جواب بهینه استفاده شده، اما زمان صرف شده براي رسیدن به جواب بسیار زیاد بوده که باعث میشود که در بسیاري از موارد که حجم داده ها زیاد است، استفاده از این روش غیرممکن باشد[7] اما باگسترش علوم و کشف روشهاي ابتکاري و فراابتکاري، از روشهاي غیرقطعی در زمان محاسباتی کوتاه براي حل این گونه مسائل استفاده شد و با نتیجه گیري مناسب از این روشها، علاقه بیشتري به استفاده آنها ایجاد گردید.[8]
در کاري دیگر، یک مدل برنامه ریزي خطی- عدد صحیح از مسئله مسیریابی وسایل نقلیه حمل برگشتی با پنجره زمانی و ظرفیت شده است. پنجره زمانی، بازه زمانی است که قرار است در آن بازه به مشتریان سرویس داده شود و وسایل حمل برگشتی وسایل نقلیه اي هستند که از مکانی شروع به حرکت می کنند و مقصد نهایی گره ابتدایی است. در این مدل یک ناوگان ثابت غیر یکنواخت( ناوگانی با تعداد ثابت از هر نوع خودرو، ولی با هزینه و ظرفیتهاي مناسب براي هر یک از خودروها ) مد نظر است و هدف کلی آن کمینه کردن هزینه ناوگان، تعداد کل سفرها و یا مدت زمان آن است. براي حل مدل، یک الگوریتم فراابتکاري مبتنی بر بازپخت شبیه سازي1 شده پیشنهاد شده است. الگوریتم بازپخت شبیه سازي شده یک الگوریتم فراابتکاري مبتنی بر یک جواب است که به دنبال جواب بهینه می گردد مانند الگوریتم جستوي ممنوعه. از آنجا که الگوریتم پیشنهاد شده، جزء الگوریتمهاي مبتنی بر یک جواب بوده، بنابراین تنها در ابعاد کوچک قابل قیاس و کنترل با حل بهینه است
و در ابعاد بزرگ تر حل آن بسیار مشکل بوده و نمی توان در زمان قابل قبولی به حل بهینه رسید، و یا رسیدن به آن غیر ممکن است.[9]
باورمن نیز در کار خود سعی کرده است که ابتدا ایستگاهها را خوشه بندي، سپس درون هر خوشه بهترین مسیر را انتخاب کند. اما روشی که براي مسیریابی استفاده می کند روشی ابتکاري بوده که بر مبناي ریاضیات است و این روش نیز در مجموعه ایستگاههاي زیاد درون هر خوشه جوابگو نیست و یا در صورت جوابگو بودن زمان زیادي براي محاسبات صرف می شود.[10]
مطالعات متعددي در رابطه با مکانیابی تسهیلات مختلف با استفاده از 1GIS انجام گرفته است که از آن جمله میتوان به مطالعات مکانیابی انبارها، بانکها، پایانههاي مسافربري و محلهاي دفن زباله اشاره کرد.[11] در ادامه روش بهینهسازي سرویس حمل و نقل کارکنان با استفاده از نرمافزار Arc GIS بررسی خواهد شد.
-3 متدولوژي
متدولوژي بکارگرفته براي حل مسئله مسیریابی بهینه سرویسهاي حمل و نقل کارکنان در این مقاله بدین صورت می باشد که ابتدا با استفاده از نرمافزار Arc GIS اقدام به دسته بندي اطلاعات ورودي شامل مشخصات کارکنان نموده تا وضعیت کلیه کارکنان مشخص گردد. با مدنظر گرفتن این مطلب که در مسئله مسیریابی هدف بهینه نمودن زمان و هزینه می باشد و با در نظر گرفتن حجم بالاي اطلاعات ورودي در ادامه وضعیت کارکنان در سطح شهر بررسی می شود.
-1-3 انتخاب زیر شبکه2
شهر اهواز با موقعیت جغرافیایی31 درجه و20 دقیقه عرض شمالی و 48 درجه و 40 دقیقه طول شرقی یکی از کلان شهرهاي ایران است. این شهر با اخرین سرشماري سال 90 جمعیت بالغ بر 1,494,978 دارد شبکه کنونی کلان شهر اهواز داراي 8 منطقه می باشد. مسلما این شبکه خیابانی در نوع خود شبکه بزرگی محسوب می شود. نمایی از شبکه خیابانی کلان شهر اهواز در شکل 1 دیده می شود.
شکل :1 نماي کلی شبکه خیابانی شهر اهواز
به منظور تسریع و راحتی کار و همچنین به جهت توسعه، مطالعه بر روي یک زیر شبکه از شبکه خیابانی از کلان شهر اهواز به جاي کل شبکه خیابانی این کلان شهر انجام شد. بدین منظور قسمت داخلی حلقه ترافیکی ناحیه صنعتی کارون بعنوان محدوده مورد نظر انتخاب شد. شکل 2 محدوده مرکزي شهر را که به این روش جداسازي شده درون شبکه اصلی کلان شهر اهواز نشان می دهد. محدوده مرکزي شهر اهواز به دلیل استقرار فعالیتهاي متنوع و بسیار سنگین خدماتی و تجاري و همچنین به عنوان تامین کننده نیازهاي ضروري بخش قابل توجهی از جمعیت کلان شهر اهواز، درصد بالایی از جذب سفرهاي محدوده کلان شهر اهواز را به خود اختصاص داده است. به طوریکه %45 درصد از کل سفرهاي روزانه تولید شده از کلان شهر اهواز به این محدوده جذب می شوند. با توجه به موقعیت و کاربریهاي جاذب سفر این محدوده، عمده مشکلات و معضلات ترافیکی در این محدوده واقع شده است.
شکل :2 محدوده حلقه ترافیکی شهر اهواز
کلیه اطلاعات مربوط به شبکه وارد نرم افزار شده و در لایههاي مختلف سازمان دهی می گردند. هر لایه شامل گروهی از ویژگیهاي هم نوع می باشد. دو لایه جغرافیایی جهت تعریف ویژگیهاي یک شبکه درنظر گرفته می شود. نوع ویژگیهاي لایه اول، از جنس خط و و نوع ویژگی هاي لایه دوم از جنس نقطه است. این دو لایه به لحاظ ساختاري به هم متصل هستند و شناسههاي آنها با یکدیگر قابل تبادل می باشند. در نهایت اطلاعات مربوط به شبکه خیابانی در قالب مجموعه اطلاعات مطابق فرمت هاي مورد نیاز TransCAD آماده میگردند.
-2-3 تعیین محل ایستگاهها
یکی از راههاي کاهش هزینهها ایجاد مسافتی براي پیاده روي کارکنان به منظور جلوگیري از حرکات اضافه وسیله نقلیه سرویس میباشد. این تحقیق در نظر دارد تا با انتخاب هدفی مناسب تمام جنبهها یا اکثریت جوانب منفعت کارکنان و سرویسها و ترافیک شهري را لحاظ کند و بر این اساس هدف مورد نظر در این مقاله کاهش دادن کل مسافت
