ارائه مدل بهینه سازی ریاضی برای توسعه شبکه راه های برون شهری با درنظرگرفتن محدودیت بودجه و ملاحظات زیست محیطی

نوع: Type: پایان نامه

مقطع: Segment: کارشناسی ارشد

عنوان: Title: ارائه مدل بهینه سازی ریاضی برای توسعه شبکه راه های برون شهری با درنظرگرفتن محدودیت بودجه و ملاحظات زیست محیطی

ارائه دهنده: Provider: مجتبی به سبز - رشته عمران

اساتید راهنما: Supervisors: دکتر محسن بابائی

اساتید مشاور: Advisory Professors:

اساتید ممتحن یا داور: Examining professors or referees: دکتر جواد طاهری نژاد و دکتر جلال اکبری

زمان و تاریخ ارائه: Time and date of presentation: 1402/07/22 ساعت 18

مکان ارائه: Place of presentation: دانشکده فنی و مهندسی، سمینار2 عمران

چکیده: Abstract: توسعه حمل و نقل، یکی از مصادیق و اهرم های توسعه یافتگی کشورها محسوب می گردد. علاوه بر آن که حمل و نقل خود به چهار زیرمجموعه جاده ای، ریلی، دریایی و هوایی تقسیم بندی می شود، دامنه ی بین رشته ای نسبتاً وسیعی نیز دارد، به نحوی که می تواند رشته های مختلفی را در برگیرد. نحوه اولویت بندی و انتخاب از میان پروژه های تعریف شده (اعم از ساخت راه جدید یا افزایش ظرفیت راه های موجود) جهت اضافه شدن به معابر حمل و نقلی موجود، همواره یکی از دغدغه ها و چالش های تصمیم گیران حوزه مهندسی حمل ونقل (به طور خاص برنامه ریزی حمل و نقل) بوده است. لزوم رعایت سیاست های کلان و همچنین وجود محدودیت هایی چون محدودیت بودجه، بر این موضوع دامن زده است. در این راستا، تاکنون رویکردهای مختلفی مورد استفاده قرار گرفته است. یکی از مهم ترین رویکردهای توسعه راه های برون شهری، رویکرد مبتنی بر مسئله طراحی شبکه است. در اغلب موارد، مسئله طراحی شبکه در قالب یک مدل ریاضیاتی دوسطحی ارائه می‌شود. در سطح بالای مسئله، بهینه یابی پروژه ها و در سطح پایین مسئله، تخصیص ترافیک (انتخاب مسیر کاربران راه) متأثر از پروژه هایی که در سطح بالای مسئله انتخاب شده اند، انجام می شود. البته در این رویکرد، متناسب با نیاز، می توان از سایر رویکردها نیز به صورت ترکیبی استفاده کرد. در پژوهش فعلی رویکرد مسئله طراحی شبکه با لحاظ نمودن شاخص هایی چون زمان سفر کل (به تفکیک مسافری و باری)، هزینه ساخت (در قالب محدودیت بودجه)، مصرف سوخت (به تفکیک بنزین و گازوئیل) و همچنین عرصه های زیست محیطی (مناطق چهارگانه زیست محیطی) به عنوان یک شاخص مهم در خصوص مقابله با تغییرات اقلیم مورد استفاده قرار گرفته اند. مسائل طراحی شبکه در رده مسائل با پیچیدگی حل بسیار زیاد قرار می گیرند. برای نمونه، افزایش تعداد پروژه ها موجب رشد نمایی تعداد ترکیب های پروژه ها (سناریوها) می شود. این امر، از مهم ترین چالش هایی است که بر مسائل طراحی شبکه سایه افکنده است. بنابراین، الگوریتم حل، مهم ترین موردی است که در مسائل طراحی شبکه های حمل و نقلی (علی الخصوص شبکه های بزرگ با تعداد پروژه های نسبتاً زیاد) مستلزم بررسی است. در واقع الگوریتم پیشنهادی باید توانایی آن را داشته باشد که در زمان معقول، جواب های نسبتاً مناسبی را تولید نماید. بر این اساس، در پژوهش فعلی، یک الگوریتم ابتکاری احتمالاتی مبتنی بر اثر حاشیه‌ای (انفرادی) پروژه‌ها پیشنهاد شده است. فرض ساده سازی روند حل در الگوریتم پیشنهادی را می توان این طور بیان نمود که تأثیر پروژه های منتخب در یک سناریو، اگر به صورت مجزا محاسبه و سپس تجمیع گردد با زمانی که به صورت تجمعی محاسبه می شوند، به صورت نسبی، نتیجه ای نزدیک به هم خواهند داشت. برای مثال، ایجاد جواب‌هایی بر اساس کاهش حاشیه‌ای کل زمان سفر شبکه برای پروژه‌های انفرادی می‌تواند راه‌حل‌های نزدیک به بهینه یا در همسایگی آن تولید کند. در این پژوهش، از نرم افزار متلب جهت کدنویسی الگوریتم حل و از نرم افزار پی تی وی ویسوم جهت پیاده سازی شبکه و بررسی کارآیی سناریوهای تولیدشده استفاده شده است. برای برقرای تعامل بین دو نرم افزار نیز از قابلیت مدل شیءِ مؤلفه استفاده شده است. مدل شیءِ مؤلفه، یکی از قابلیت های نرم افزار ویسوم است که امکان ایجاد دسترسی به داده ها و توابع تعریف شده را در سایر برنامه ها فراهم می کند. از آنجا که الگوریتم‌ ابتکاری پیشنهادی، الگوریتمی تصادفی محسوب می شود، عملکرد آن برای پنج اجرا و با 20 جواب تولیدشده مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بررسی الگوریتم در مورد سناریوهای غیرمغلوب در شبکه سوفالز (با 10 پروژه) به عنوان شبکه معیار و شبکه جاده ای کشور (با 10 پروژه) به عنوان نمونه مطالعاتی نشان از کارآیی الگوریتم پیشنهادی دارند. لازم به ذکر است، سناریوی غیرمغلوب، سناریویی است که با سطح بودجه کمتر از آن، جواب بهتری وجود نداشته باشد. فراوانی دستیابی به جواب بهینه در مورد شبکه سوفالز با 29 سناریوی غیرمغلوب، 82/1% حاصل گردید؛ در حالی این مقدار در مورد شبکه جاده ای کشور با 27 سناریوی غیرمغلوب به 85/9% ارتقا یافته است. پس از اثبات کارآیی الگوریتم در تولید جواب های بهینه، تعیین سناریوی برتر در شبکه جاده ای کشور با 100 پروژه کاندید و با فرض محدودیت بودجه 50 درصد هزینه کل پروژه ها نیز انجام شد. نتایج حاکی از آن است که هزینه مورد نیاز برای اجرای سناریوی برتر در شبکه جاده ای کشور هزینه ای معادل 40 درصد هزینه کل است. این بدان معنا است که سرمایه گذاری بیش از این مقدار، اتلاف منابع تلقی می شود؛ چراکه با افزایش سرمایه گذاری نتیجه بهتری کسب نمی گردد. بنابراین، با فرض وجود محدودیت بودجه 50 درصد هزینه کل، سطح بودجه 40 درصد هزینه کل به عنوان سطح بودجه بهینه (برای احداث سناریوی برتر) معرفی می گردد.

فایل: ّFile: