ارایه روش حلی بر مبنای الگوریتم ژنتیک برای مسئله یکپارچه انتخاب و زمان‌بندی پروژه‌های سرمایه‌گذاری حمل و نقل

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته دکتری، دانشکده صنایع و سیستم‌ها، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

2 دانشیار، دانشکده صنایع و سیستم‌ها، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

3 دانش آموخته کارشناسی ارشد، دانشکده صنایع و سیستم‌ها، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

یکی از مهمترین مسائلی که متولیان حوزه حمل و نقل همواره درگیر آن هستند، انتخاب پروژه‌های سرمایه‌گذاری به منظور توسعه شبکه حمل و نقل است. البته با توجه به محدودیت‌های منابع در دست، اجرای پروژه‌های انتخاب شده مستلزم زمان‌بندی آن‌ها در طول افق برنامه‌ریزی می‌باشد. یکپارچه‌سازی انتخاب و زمان‌بندی پروژه‌ها در قالب یک مدل، هر چند پیچیدگی حل مدل را افزایش می‌دهد اما صحت و دقت نتایج را نیز بالا می‌برد. در این مقاله، مدل یکپارچه انتخاب و زمان‌بندی پروژه‌های سرمایه‌گذاری حمل و نقل در قالب یک مسئله طراحی شبکه گسسته(DNDP) دو سطحی معرفی شده است. در این مدل برای هر یک از پروژه‌های پیشنهادی مدت زمان اجرا و میزان سرمایه‌گذاری سالیانه، در ابتدا به صورت دقیق مشخص نیست و با حل مدل مقادیر آن‌ها مشخص می‌شود. همچنین یک شاخص جدید به منظور ارزیابی پروژه‌ها با توجه به آستانه­ی رضایتمندی استفاده­کنندگان سیستم توسعه داده شده است که در ترکیب با شاخص"زمان سفر طی شده در شبکه"، تابع هدف سطح بالایی مدل را تشکیل می‌دهد. با توجه به پیچیدگی حل دقیق مدل و زمان‌فرسا بودن آن، یک الگوریتم ژنتیک برای حل مدل در مدت زمان منطقی ارایه شده است. همچنین جهت بهینه کردن مقادیر پارامترهای الگوریتم، روش طراحی آزمایش‌های تاگوچی بکار برده شده است. به منظور ارزیابی عملکرد الگوریتم ارایه شده، سه مسئله نمونه بر مبنای شبکه­ی حمل و نقل شهری سوفالز در مقیاس‌های مختلف تولید گردیده است و از الگوریتم ژنتیک و همچنین روش شمارش کامل برای حل آن‌ها استفاده شده است. نتایج نشان‌دهنده آن است که الگوریتم ژنتیک ارایه شده چه از جنبه کیفیت جواب و چه از جنبه زمان حل عملکرد قابل قبولی، به ویژه در مسائل بزرگ، داشته است. 
 
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

A Genetic Algorithm to Solve Integrated Problem of Selecting and Scheduling Transportation Investment Projects

نویسندگان [English]

  • S.M.R hosseininasab 1
  • S.N SHetab-boshehri 2
  • R Kharmani-nodehi 3
چکیده [English]

One of the most important issues which transportation authorities are always confronted with is investment projects selection. After projects selection, due to resource constraints, selected projects require to be scheduled during the planning horizon. Integration of selecting and scheduling projects in a single model increases the accuracy of the results, but on the other hand increases complexity. In this paper, integrated model of selecting and scheduling transportation investment projects is introduced as a bi-level discrete network design problem. In this model, duration time and annual costs of candidate projects are unknown at first, but they will be determined by solving the model. A new measure to evaluate projects according to the threshold of user satisfaction is developed that in combination with the total travel time form the upper level objective function. Given the great complexity of the exact solution, a genetic algorithm (GA) is proposed to solve the model in a reasonable time. Also to optimize the GA parameters, the Taguchi method has been used. In order to evaluate the performance of the proposed algorithm, Sioux Falls urban transportation network is considered and three sample problems in different scales have been produced. The proposed GA and complete count method used to solve the problems. Numerical results show that proposed GA has an acceptable performance in both solution quality and solution time, especially in the large-scale problem.

کلیدواژه‌ها [English]

  • transportation planning
  • Projects Selection
  • Projects Scheduling
  • Genetic algorithm
  • Taguchi method
─   Barfod, M. B., Salling, K. B. and Leleur, S. (2011) "Composite decision support by combining cost-benefit and multi-criteria decision analysis", Decision Support Systems, Vol. 51, pp. 167–175.

─   Berechman, J. and Paaswell, R. (2005) "Evaluation, prioritization and selection of transportation investment projects in New York City", Transportation, Vol. 32, pp. 223-249.

─   Button, K.J. and Pearman, A.D. (1983) "The Practice of Transportation Investment Appraisal", Avebury, UK.

─   Gerçek, H., Karpak, B. and Kilinçaslan, T. (2004) "A multiple criteria approach for the evaluation of the rail transit networks in Istanbul", Transportation, Vol. 31, pp. 203–228.

─   Iniestra, J. G. and Gutierrez, J. G. (2009) "Multicriteria decisions on interdependent infrastructure transportation projects using an evolutionary-based framework", Applied Soft Computing, Vol. 9, pp. 512-526.

─   Joumard, R. and Nicolas, J.-P. (2010) "Transport project assessment methodology within the framework of sustainable Development", Ecological Indicators, Vol. 10, pp. 136–142.

─   Kim B. J., Kim W. and Song, B. H. (2008) "Sequencing and scheduling highway network expansion using a discrete network design model", The Annals of Regional Science, 42:621–642.

─   Pan, N-F. (2008) "Fuzzy AHP approach for selecting the suitable bridge construction method", ‎Automation in Construction, Vol. 17, pp. 958–965.‎

─   Poorzahedy, H. and Rouhani, O.M. (2007) "Hybrid meta-heuristic algorithms for solving network design problem", European Journal of Operational Research, Vol. 182, No. 2,
pp. 578–596.

─   Selih, J., Kne, A., Srdic, A. and Zura, M. (2008) "Multiple-criteria decision support system in highway infrastructure management", Transport, Vol. 23, No. 4, pp. 299–305.

─   Shelton, J. and Medina, M. (2010) "Prioritizing Transportation Projects using an Integrated Multiple Criteria Decision Making Method", Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, Vol. 2174,
pp. 51-57.

─   Su, C. W., Cheng, M. Y. and Lin, F. B. (2006) "Simulation‐enhanced approach for ranking major transport projects", Journal of Civil Engineering and Management, Vol. 12, No. 4, pp. 285-291.

─   Teng, J. and Tzeng, G. (1996) "A multiobjective programming approach for selecting non-independent transportation investment alternatives", Transportation Research Part B: Methodological,  Vol. 30, pp. 291-307.

─   Teng, J. and Tzeng, G. (1998) "Transportation investment project selection using fuzzy multiobjective programming", Fuzzy Sets and Systems, Vol. 96, pp. 259-280.

─   Tsamboulas, D. A. (2007) "A tool for prioritizing multinational transport infrastructure investments", Transport Policy, Vol. 14,
pp. 11–26.

─   Ugwu, O.O., Kumaraswamy, M.M., Wong, A. and Ng, S.T. (2006) "Sustainability appraisal in infrastructure projects (SUSAIP). Part 1: Development of indicators and computational methods", Automation in Construction, Vol. 15, pp. 239–251.

─   Weng, K. and Qu, B. (2009) "The optimization of road building schedule based on budget restriction", Kybernetes, Vol. 38, No. 3, pp. 441-447.

─   Yang, H. and Zhou, J. (1998) "Optimal traffic counting location for origin-destination matrix estimation", Transportation Research Part B, Vol. 32, No. 2, pp. 109-126.

─   Ziara, M., Nigim, K., Enshassi, A. and Ayyub, B. M. (2002) "Strategic Implementation of Infrastructure Priority Projects: Case Study in Palestine", Journal of Infrastructure Systems, Vol. 8, No. 1, pp. 2-11.

─       رضایی، ع. و اصغرزاده، س. م.(1387) "ارزیابی
گزینه­های پیشنهادی برای حمل و نقل همگانی شهر مشهد"، چهارمین کنگره ملی مهندسی عمران، دانشگاه تهران.