بخشی از مقاله
چکیده:
یکی از عوامل مهم و تأثیرگذار جهت ترغیب و جذب مسافر در قطارشهری، میزان زمان انتظار مسافران در ایستگاه است. هدف از انجام این پژوهش نیز کاهش زمان انتظار مسافران در قطار شهری مشهد با استفاده از ابزارهای شبیهسازی میباشد.
با شبیه سازی مدل، تحلیل حساسیت و تعریف سناریوهای مختلف، زمان انتظار مسافران در هر سناریو محاسبه شده و پس از مقایسه سناریوها نتایج نشان میدهد که در مسیر شمالی - مسیر رفت - ، ایستگاه بسیج و در مسیر جنوبی - مسیر برگشت - ، ایستگاه پارک ملت دارای بیشترین نرخ ورودی مسافر میباشند. در راستای بهینهسازی مدل یکی از راهحلهای ممکن، ایجاد بهبود در شرایط جاری برای دو ایستگاه عنوان شده است که بهبود در کل سیستم را نیز در پی دارد. به همین منظور پس از بررسی سناریوهای مختلف، تغییر در سفر بین ایستگاهها در مسیر شمالی و تغییر در سرفاصله زمانی قطارها در مسیر جنوبی براساس ایستگاه پرمسافر بهعنوان سناریو بهینه انتخاب شدند.
.1 مقدمه
با توجه به حجم زیاد سرمایهگذاری احداث خطوط مترو، هزینههای باالی ناوگان و بهرهبرداری، لزوم شبیهسازی در این سیستم احساس میشود.
در دستگاههای حملونقل همگانی شهری، تعیین زمان انتظار مسافران در ایستگاهها برای بهرهمندی از خدمات ارائه شده اهمیت فراوانی دارد؛ زیرا اگر این زمان از حد قابل پذیرش فراتر رود، تأثیر آن احتماال باعث میشود که بخشی از متقاضیان سیستم حمل و نقل همگانی در استفاده از این سیستم منصرف شوند. با تحلیل عوامل اثرگذار بر زمان انتظار مسافران قطارشهری و تعداد بسیار زیاد عوامل و پارامترهای تأثیرگذار بر آن، مدل شبیهسازی مناسب ترین راهکار برای تجزیه و تحلیل است؛ زیرا با این ابزار میتوان فعالیتهای چند ساعت، روز، ماه و حتی گاهی سال را ظرف چند دقیقه و گاهی چند ثانیه شبیهسازی نمود و با تعاریف سناریوهای مختلف طرحهایی را برای بهبود ارائه کرد.
راهکار شبیهسازی بسته به نوع سیستم و شرایط آن بیشتر به منظور ارزیابی راهحلهای موجود، توسعه راهحلهای موجود و ارائه و انتخاب یک راهحل جدید مورداستفاده قرار میگیرد که در اکثر موارد منجر به تولید خروجیهای قابل قبول از مسئله میشود که ازجمله این موارد، کاربرد آن در مدل ارائه شده این پژوهش است؛ که منجر به ایجاد نگرشی جدید در برنامهریزیهای زمانبندی قطار و نگهداری و تعمیرات میشود.
خط یک شرکت قطار شهری مشهد به طول 19 کیلومتر و شامل 22 ایستگاه میباشد. اهداف این شرکت دستیابی به رضایت مشتری و هزینههای بهینه است؛ و همانطور که ذکر شد با توجه به خط مشی تعریف شده شرکت میتوان مهمترین عوامل در زمینه رضایت مشتریان در استفاده از مترو را کاهش زمان انتظار و افزایش سرعت انتقال مسافر به مقصد موردنظر بیان نمود؛ که همین عوامل هم باعث افزایش توجهات به مترو و مسافران آن میشود.
در مطالعات انجامشده توسط حمید بهبهانی - 1388 - در زمینه شبیهسازی، رابطهای را جهت نسبت زمان انتظار مسافر به سرفاصله زمانی قطار تعیین کرده است. تحقیقات وی نشاندهندهی تأثیر بسیار زیاد میانگین سرفاصله زمانی اعزام قطارها بر زمان انتظار مسافر میباشد.
بر مبنای شاخصهای شناسایی شده اقدام به بررسی آماری و میدانی از حجم مسافران ورودی، زمان پیادهسازی از محل، ورود به ایستگاه تا روی سکو، زمان انتظار مسافر برای سوارشدن به قطار، فاصله بین ورود قطارها به ایستگاهها و... نمود؛ که با توجه به فرآیند مدلسازی شاخصهای عملکرد و بهرهبرداری مترو تهران شبیهسازی را انجام داده است.
نریمان نیکو و همکاران - 1388 - در شبیهسازی مترو، به دنبال دستیابی به هزینه و تعداد قطار بهینه بودند. بر این اساس دالیل و ویژگیهای انتخاب خط 6 مترو تهران صف پذیری قطارها، ظرفیت دپو، افزایش بهرهوری مترو، یافتن نقطه بهینه هزینهها، کاهش ترافیک خیابانی و ... ذکرشده است.
در مقاله آنها خرابی قطار، رسیدن از مبدأ به مقصد، حوادث غیر مترقبه، خرید یا از رده خارج شدن و ... را به عنوان پیشامدهای مدل خود در نظر گرفتهاند. با استفاده از مشاهدات انجام شده مشخص شد که سرفاصله زمانی قطارها تأثیر مستقیمی بر مقدار هزینه دارد بنابراین هر چه تعداد واگنها کمتر باشد تعداد هزینهها کمتر میشود. به کمک انجام این پروژه مقدار هزینه بهینه برابر با 184180000 دالر شده است که تعیین هدف پروژه میباشد. هدف دیگر شبیهسازی پیدا کردن تعداد قطارهای مورد نیاز میباشد که با توجه به اطالعات بهدستآمده و هزینهها؛ تعداد قطارهای بهینه برابر 29 عدد بودهاست.
لی در سال 2000 یک مدل شبیهسازی ایستگاه قطار با جریان ورود و خروج مسافر تعریف کرد. این مدل شامل فرآیندها، تجهیزات و صفهایی است که منجر به ورود مسافر به ایستگاهها میشود؛ همچنین تأثیر مستقیم تمامی این پارامترها بر روی زمان سیر مسافر نیز بررسی شده است. لی کاهش مجموع زمانهای سیر، توسعه و بهبودسازی شرایط موجود، تغییرات ساختاری ایستگاهها در آینده و افزایش کیفیت ارائه خدمت را اهداف این مقاله بیان کرده است
یال کین کایا و بایهان در سال 2009 متوسط زمان سیر را برای یک خط مترو مدلسازی کردند. آنها یک روش حل مبتنی بر شبیهسازی و تحلیل حساسیت برای دستیابی به نقطه بهینه بیان کردند. هدف یالکین و بایهان بهینهسازی زمانهای اعزام قطار وکمینه کردن زمانهای انتظار مسافر در خط مترو بود
در نتیجه با توجه به تحقیقات انجام شده هدف از انجام این پروژه کمینهسازی زمان انتظار مسافران خط یک قطار شهری مشهد با استفاده از نرمافزار شبیه-سازی ارنا میباشد؛ که با توجه به قابلیت اجرایی آن، هزینه و انتخاب بهینهترین حالت و دستیابی به موضوع تعریف شده میتوان سناریوهای متفاوتی نیز طرح نمود.
.2 شرح مدل و محاسبه توابع
در این مدل مسافران به عنوان نهاد در نظر گرفته شدهاند، زیرا هدف این شبیه سازی نیز کاهش مدت زمان انتظار مسافران برای دریافت خدمت میباشد. در حالت اجرایی این مدل مسافران به هر یک از ایستگاهها وارد شده و قطارها نیز جهت انتقال مسافران به ایستگاه مراجعه مینمایند - توابع ورود مسافران و قطارها براساس نرخ ورود در ساعات و روزهای متفاوت بهدستآمده است - و پس از ارائه خدمت در مقصد موردنظر - احتمالی - مسافران را پیاده میکنند. قطارها با تابع احتمال خاصی در طول مسیر دچار خرابی میشوند.
اگر این خرابی درمسیر رفت رخ دهد در دپوی غرب و اگر در مسیر برگشت خرابی رخ دهد، قطار در دپوی شرق جایگزین میشود. براساس مفروضات این مدل که در ذیل آمده است قطاری که دچار خرابی شده است میتواند توانایی ارائه خدمت داشته باشد. قطارهای موردنظر پس از تعمیر - طبق تابع توزیع تعمیر قطار - نیز به صف قطارهای رزرو و بهعنوان آخرین مورد در صف قرار میگیرند. زمان شروع سیستم ساعت 6 صبح بوده و قطارها از ایستگاه اول - دپوی شرق - وارد خط شده و شروع به کار میکنند.
مفروضات شبیه سازی این پژوهش به این شرح میباشند:
-1 تمامی خرابیهایی که در خدمترسانی اختالل ایجاد نمیکنند، در یک مجموعه قرارگرفته است. - خرابیهای که سبب توقف قطار و تخلیه مسافر میشود بسیار کم بوده به همین منظور در شبیهسازی مایل به صفر در نظر گرفته شده است همچنین این خرابیها نیز با نگهداری و تعمیرات پیشگیرانه قابل پیشگیری میباشند - .
-2 ایستگاه اول - غدیر - و ایستگاه آخر - پایانه وکیلآباد - بهعنوان متصل کننده مسیر رفت به برگشت در نظر گرفتهشده اند؛ همچنین دپوها و واحدهای تعمیرات نیز در این ایستگاهها قرار دارند.
-3 سیستم با 16 قطار شروع به کار میکند که در ساعات پرمسافر به 21 قطار هم میرسد - زمان هدوی بر اساس ساعات پرمسافر تعریف شده است، که بر اساس تابعهای ورود قطار در هر ساعت قابل تشخیص است
-4 تعداد کل قطارها 30 عدد بود و هر قطار از دو واگن تشکیلشده است - یعنی بهطور کل در این سیستم 60 واگن موجود است
-5 اگر یک واگن از قطار خراب شود، واگن تعویض نمیشود و کل قطار به تعمیرات میرود زیرا تعمیرات بر اساس کیلو متراژ صورت میپذیرد.
-6 در تعمیرات PM فرض میشود واگن دیگر قطار که دچار خرابی اضطراری نشده است از لحظه ورود به تعمیرات تا زمان اعزام به خط فرصت تعمیر پیشگیرانه دارد. همچنین واگنی که دچار خرابی اضطراری شده است پس از تعمیر در زمان رزرو نیز فرصت تعمیر پیشگیرانه دارد.
-7 روزهای خاص به علت تغییر در هدوی و تعداد قطارهای خط در این شبیهسازی در نظر گرفته نشدهاند.
-8 اگر هر دو واگن قطار همزمان دچار خرابی شده باشند زمان تعمیر قطار برابر بیشترین زمان تعمیر دو واگن در نظر گرفته شده است - زمانهای تعمیر با یکدیگر جمع نشدهاند
-9 در زمان شروع، یک قطار از دپوی شرق و یک قطار از دپوی غرب شروع به خدمتدهی میکنند.
برای بدست آوردن تابع توزیع احتمال ورود مسافران، خرابی قطارها و تعمیر قطارها از نرم افزارInput analyzer استفاده شده است. همچنین برای ارزیابی اینکه آیا نتایج آزمایش به دلیل تصادف و شانس رخداده یا خیر، از P-Value استفاده میشود اما این مقدارصرفاً یک نقطه برازش را تعیین میکند که بر اساس آن ادعا میشود، یافتههای مطالعه ازلحاظ آماری معنیدار است یا خیر و یا اینکه چه میزان از نتایج به دلیل شانس اتفاق افتاده است. فرضهای این آماره عبارتنداز:
H0 بین فراوانیهای مشاهده شده و فراوانیهای فرضی یا مورد انتظار تفاوت معنیدار وجود ندارد.
H1 بین فراوانیهای مشاهده شده و فراوانیهای فرضی یا مورد انتظار تفاوت معنیدار وجود دارد - فرض صفر پذیرفته شده است - . از آزمون کولموگروف- اسمیرنوف نیز به منظور تشخیص اطمینان نرمال بودن دادهها استفاده میشود. هنگام بررسی نرمال بودن دادهها فرض صفر مبتنی بر اینکه توزیع دادهها نرمال است در سطح خطای %5 تست میشود.
بنابراین اگر آماره آزمون بزرگتر مساوی 0.05 به دست آید، در این صورت دلیلی برای رد فرض صفر مبتنی بر اینکه داده نرمال است، وجود نخواهد داشت یا به عبارت دیگر توزیع دادهها نرمال خواهد بود. برای آزمون نرمال، فرضهای آماری به صورت زیر تنظیم میشود: :H0 توزیع دادههای مربوط به هر یک از متغیرها نرمال است. :H1 توزیع دادههای مربوط به هر یک از متغیرها نرمال نیست؛ در نتیجه در این آماره P- Value< 0.01 است و فرض صفر رد میشود.
.3 شبیه سازی مدل
برای شبیه سازی مدل با استفاده از نرم افزار شبیه سازی ارنا پارامترهای ورودی به سیستم مورد پردازش و شبیه سازی قرار گرفته و نتایج را به عنوان خروجی تولید مینمایند. شکل 1 پارامترهای ورودی به مدل شبیه سازی و پارامترهای خروجی از مدل شبیه سازی را نشان میدهد. نرخ ورود مسافران، زمان سیر قطار، نرخ خرابی قطار و زمان توقف قطار از جمله پارامترهای ورودی به مدل شبیه سازی و تعداد خرابی قطار، میانگین زمان انتظار مسافران در صف، مدت زمان انتظار و ایستگاههای پر مسافر جزو خروجیهای مدل میباشند.
شکل .1 پارامترهای ورودی و خروجی مدل شبیه سازی قطار شهری
شکل 2 نشان دهنده مدل شبیه سازی شده ارنا مربوط به خط شمالی قطار شهری مشهد و بخش ورود و خدمت دهی قطارها به ایستگاه غدیر میباشد که در آن قطارها با زمانبندیهای متفاوت و در 4 بازه زمانی - متناسب با تقاضا - وارد خط میشوند؛ هر یک از بازههای زمانی با یک ماژول مستقل و با تابع حرکتی قطارها تعریف شده است؛ پس از شروع خدمت رسانی و مراجعه دوباره قطارها به دپوی شرق، اگر قطار نیاز به تعمیرات داشته باشد به بخش نگهداری وتعمیرات منتقل شده و پس از تعمیرات از سیستم خارج میشود - وارد صف قطارهای رزرو میشود - و در غیر این صورت از ایستگاه غدیر وارد شده و به جابجایی مسافران میپردازد
همچنین در صورت وقوع نقص فنی که احتمال تأخیر در زمان اعزام قطار و در نتیجه افزایش مدت زمان انتظار مسافران را در پی دارد قطار جدیدی جهت جلوگیری از آن موارد جایگزین شده و قطار دارای نقص فنی نیز پس از تعمیرات به خط باز میگردد؛ با توجه به تعداد کل قطارهای موجود و همچنین تعداد قطارهای مورد نیاز حتی در کمترین سرفاصله زمانی اعزام قطار، ضریب اطمینان%93 میباشد. همچنین انجام تعمیرات پیشگیرانه در برنامههای زمانی مشخص، سیستم با کمبود خدمتدهنده - قطار - مواجه نشده و فقط در زمان کاهش بیشتر سرفاصله زمانی امکان ایجاد اختالل محتمل است.
شکل .2 بخش شروع خدمت دهی قطارها در مسیر شمالی به ایستگاه غدیر
مطابق شکل 3، با شروع خدمت رسانی و بازگشایی دربهای ورودی ایستگاه تا زمان اتمام ساعت ارائه خدمت، مسافران با توزیعهای متفاوتی وارد ایستگاهها شده و در انتظار قطار میایستند. پس از سپری شدن سر فاصله زمانی - هدوی - ، قطار وارد ایستگاه شده و پس از دریافت پیامی از سوی قطار عمل انتقال مسافران بین ایستگاهها که شامل زمان سفر بین دو ایستگاه بوده انجام میپذیرد
بطور کلی مسافرانی که وارد ایستگاه میشوند، منتظر ایستاده و قطارها پس از ورود به ایستگاه، چندین ثانیه جهت سوارشدن مسافران توقف نموده و پس از ارسال پیام از سوی قطار، مسافران به همراه قطار به حرکت ادامه میدهند که این عمل به طور مشابه در تمامی ایستگاهها و در حالت عادی اتفاق افتاده و مسافران پس از جابجایی و رسیدن به مقصد مورد نظر از سیستم خارج میشوند. این عملیات تا زمان اتمام زمان خدمترسانی ادامه خواهد داشت.
