بخشی از مقاله
خلاصه
طراحی شبکه های حمل و نقلی یکی از راهکارهای کاهش سطح تراکم ترافیک در شبکه می باشد. تعیین بهینه ی موقعیت کمان های جدید هنگامی که با رویکرد کاهش تقاضا در سطح شبکه توام باشد یکی از موثرین راهکارها به منظور هدایت جریان ترافیک بوده است. این مطالعه با تمرکز بر حل همزمان سیاست های قیمت گذاری و طراحی شبکه، در پی آن است که منافع اقتصادی استفاده کنندگان و عرضه کنندگان شبکه به صورت همزمان بیشینه گردد.
مدل در سطح بالا، حل همزمان طراحی و قیمت گذاری شبکه و در سطح پایین، مسئله تخصیص ترافیک با تقاضای الاستیک می باشد.
مدل به صورت برنامه ریزی خطی نوشته و با روش الگوریتم ژنتیک حل و نتایج با روش قطعی مقایسه شده است. از لحاظ زمان حل، روش پیشنهادی 7/44 برابر سریع تر از روش قطعی بوده است و از نظر تابع هدف، علیرغم نزدیک بودن نتایج ولی روش پیشنهادی به میزان %1/7 جواب بهتری بدست آوره است. متوسط زمان سفر و نرخ عوارض بهینه به ترتیب در روش پیشنهادی 592 ثانیه و 1/85 واحد پول در مقابل 604 ثانیه و 1/82 برای روش قطعی محاسبه شده است.
.1 مقدمه
ازدحام و تراکم ترافیکی در سطح شهرها باعث اتلاف ساعت ها وقت ارزشمند شهروندان، تحمیل هزینه های فردی و اجتماعی، افزایش تصادفات، آلودگی هوا، آلودگی های صوتی و مشکلات تردد عابران غیرموتوری بوده است. کاربران شبکه ی حمل و نقل نه تنها هزینه های مستقیم، بلکه هزینه های جانبی دیگری را به طور غیرمستقیم متحمل می شوند. به منظور کاهش سطح تراکم ترافیکی، راهکارهایی با دو قالب پیش بینی می گردند: نخست با هدف مدیریت تقاضا و سپس مدیریت عرضه.
رویکرد مدیریت عرضه، با بهبود سطح سرویس از طریق افزایش عرضه و کاهش تراکم در شبکه پیگیری می گردد. خروجی این گروه راهکارها، افزایش ظرفیت کمان یا احداث کمان های جدید موازی یا مسیرهای جایگزین می باشد. سیاستی که در علم برنامه ریزی حمل و نقل تحت عنوان مسئله طراحی شبکه شناخته می شود.
معمولا مسائل طراحی شبکه به سه صورت برنامه ریزی می گردند : صرفاً با انتخاب بهترین محل برای کمان های جدید، افزایش ظرفیت بهینه برای زیرمجموعه ای از کمان های موجود و یا تلفیقی از هر دو روش گسسته و پیوسته.
از طرفی با رویکرد کاهش تقاضا، راهکار اعمال سیاست قیمت گذاری از موثرترین روش هاست که همراه با دریافت عوارض از کاربران شبکه، نه تنها هزینه ندارد بلکه درآمدزا نیز می باشد. در واقع با حل همزمان این دو مسئله، نه تنها می توان تراکم ترافیکی موجود را کاهش داد، بلکه شبکه به سمت یک سیستم بهینه ظرفیتی هدایت می گردد.
این مطالعه با هدف تبدیل مفاهیم نوین تئوریک در حوزه مدیریت شهری به طرح های کاربردی در حیطه حمل و نقل و ترافیک شهری انجام شده است و در حقیقت، تمرکز اصلی این مطالعه، تعیین بهترین راهکارها جهت کاهش هرچه بیشتر اثرات تداخلی و نامطلوب طرح های توسعه و قیمت گذاری و سازگار نمودن هرچه بیشتر این طرح ها تا حصول نتیجه بهینه می باشد.
.2 مروری بر ادبیات موضوع
مطالعات مربوط به برنامه ریزی و مدیریت شهر های پیش رو در زمینه قیمت گذاری و طراحی شبکه از جمله سنگاپور در سال 1975، لندن 2003 و سوئد در سال 2006 بسیارراهگشا بوده است. از مطالعات پایه در خصوص طراحی شبکه، روابطی است که مگنانتی و ونگ2 در سال 1984 ارائه نمودند که بر اساس آن مدل ارائه شده به کمینه کردن جریان با متغیرتصمیم گیری و تحت اثر مجموعه محدودیت های بقای جریان در شبکه می باشد
روش طراحی شبکه به شیوه تعادلی توسط فریز3 در سال 1985 معرفی و توسط یانگ و بل4 در سال 1998 توسعه یافت 2]و.[3 در مطالعه یانگ و بل، سیستم حمل و نقل متشکل از سه مولفه، فعالیت اقتصادی، ظرفیت و جریان بوده که تحت اثر استراتژی های سیستم مدیریتی توسط یک سطح سرویس یا تابع عملکرد تعریف می شوند و وضعیت تعادلی سیستم برای عرضه و تقاضا بر این اساس بوجود می آید.
بویس و جانسون5، مدل های گسسته را برای طراحی شبکه مناسب می دانند و معتقدند که ظرفیت کمان نمی تواند هر مقدار پیوسته از نظر منطقی داشته باشد و ظرفیت ضریبی از ظرفیت یک خط است .
اما استفاده از روش های فراابتکاری در حل شبکه در سال 2006 توسط ونگ و همکاران، منتج به برتری روش الگوریتم ژنتیک نسبت به روش شبیه سازی سردو گرم کردن فلزات بوده است بالاخص در احجام ترافیک پایین اصول قیمت گذاری تسهیلات حمل و نقلی در سال 2001 توسط منگ6 و همکاران بیانگر این مطلب است که بر اساس روش اولین بهترین، و با در نظر گرفتن صف و تاخیر ناشی از آن، بهترین الگو انتخاب گردد
انتخاب روش دومین بهترین توسط لوی لمبرت و مارکند و برد انجام شده است که مطلوبیت بیشتر این گزینه را نسبت به روش اولین بهترین نشان می دهد
از دیگر مزایای روش اخیر، یافتن کمربند بهینه بر اساس الگوریتم ژنتیک بوده است که با تحت پوشش قرار دادن تنها درصد کمی از کمان ها می تواند به شصت تا هفتاد درصد در منافع به دست آمده رسید
از طرفی از آنجا که کارایی هرکمربند دریافت عوارض، با معیاربیشینه منافع عمومی حاصل از نرخ عوارض مورد ارزیابی قرار می گیرد، یک کمربند بابیشتر کارایی به دست می آِید
تجربه کشور سومالی برای توزیع عادلانه منافع و هزینه های ناشی از قیمت گذاری با استفاده از ضریب جینی و ترسیم نمودار آماری مربوطه، حالت مساوات تام را معرفی می نماید
در مطالعات سالهای 2006 و 2007 سفیروا1 و همکاران، اثرات کاربری زمین به وجود آمده توسط قیمت گذاری بر شبکه را نیز لحاظ می نمایند
گریوا2 در سال 2008، با بهینه سازی خطی مسئله حل همزمان را معرفی نمود که پیش از آن یانگ در سال 2004، قیمت گذاری با استفاده از بهینه سازی کوردون3 را مورد استفاده قرار داده بود
.3 روش شناسی پژوهش
روش انجام این تحقیق، از نوع کتابخانه ای، مدل سازی ریاضی و آماری، حل مدل و برنامه نویسی کامپیوتری بوده است. بر اساس نتایج مطالعات مشابه، یک مدل برنامه ریزی غیرخطی ارائه شده و سپس از طریق برنامه نویسی کامپیوتری حل شده است.
با توجه به ماهیت مدل معرفی شده، به منظور حل مسئله بهینه سازی از روش فراابتکاری الگوریتم ژنتیک استفاده شده است. زبان برنامه نویسی برای حل مدل، نرم افزار متلب4 می باشد .
در مرحله نهایی، نتایج حاصل از حل مدل توسط اجرا روی شبکه آزمایشی با ابعاد متوسط، تحلیل و ارزیابی گردیده
است.
.4 ساختار ریاضی مدل قیمت گذاری و طراحی شبکه
در پیاده سازی سیاست های قیمت گذاری، توجه به این نکته لازم است که هر کاربر شبکه، دو نوع هزینه دارد. نخست هزینه ای که به تنهایی به شبکه وارد می آورد که به صورت هزینه میانگین5 تعریف می شود و دیگر هزینه ای که او با استفاده از وسیله نقلیه شخصی به صورت همزمان به دیگر استفاده کنندگان وارد می کند که هزینه حاشیه ای6 نامیده می شود. از طرفی نحوه قیمت گذاری می تواند به صورت دسته های زیر باشد: قیمت گذاری منطقه ای، محدوده ای در شبکه، تسهیلاتی و شبکه ای. مسئله سطح پایین، تخصیص ترافیک با تقاضای متغیر است که نتایج حاصل از حل آن، در حل مسئله سطح بالا مورد استفاده است.
1,4 معرفی شبکه مورد مطالعه
یک شبکه با ابعاد متوسط، با دوازده مبداء و مقصد، بیست و نه گره و پنجاه و یک کمان بدون جهت 102 - کمان جهت دار - انتخاب شده است. شکل - 1 - نمایی از شبکه مورد مطالعه را نشان می دهد.
