文摘

拥堵和延长乘客等待时间的一些关键问题,亚的斯亚贝巴轻便铁路运输服务(AALRT)的面孔。乘客等待的平均14.33分钟,导致拥堵的乘客。这就是为什么研究设置主要目的为改善AALRT服务开发优化模型。研究开始开发的特征数据来评估交通拥堵问题的方法来实现这一目标。其次,所选车站,构造了一个优化模型。然后另一个模型已经被评估前创建模型的性能。最后,系统扩展的情况下,研究者评估其有效使用寿命。使用结合排队理论和蒙特卡罗模拟方法,该研究使用案例研究方法采取最拥挤的地铁站在走廊和方向AALRT在高峰小时。从每个站主要数据收集及相关权威,而二级数据进行的文学。这一发现表明,AALRT的拥塞率达到了25.3%,额外的容量的百分比高达115%所需的电车。 Therefore, it was found that currently adding two single tramcars could reduce the waiting time up to 9.52 minutes and the congestion up to 99%. The new model indicates the company can improve the service by increasing the number of tramcars per hour and replacing single tramcars with double tramcars up to the year 2047 without expansion of the infrastructure.

1。介绍

艾迪斯是埃塞俄比亚的首都和最大城市。根据2007年的人口普查,人口为2739551的城市人口,和联合国人口预测显示当前亚的斯亚贝巴市区人口在2021年是5228000年,进而导致了对交通的需求正在迅速增长。亚的斯亚贝巴运输需求的增加创造了长队在交通的方方面面。交通堵塞越来越常见。铁路旅行,通常被称为火车运输,是最重要的之一,广泛使用,具有成本效益的通勤方式,短距离载货跨长,缓解交通问题。埃塞俄比亚政府调试解决拥堵的道路的首都亚的斯亚贝巴的新城市地铁,主要由中国进出口银行和由中国中铁限制在4.75亿美元(1]。

亚的斯亚贝巴,房子近25%的城市居民,是埃塞俄比亚的首都,全国最大的大都市,非洲发展最快的城市之一。亚的斯亚贝巴轻轨(AALRT)和撒哈拉以南非洲东部的第一个轻轨、快速交通系统将于2015年生效。这是一个电气轻轨系统与39站和火车线路34.25公里。AALRT两行。火车上轻轨交通线路都限制在80公里/小时,因此他们的典型的操作速度是65公里/小时,旨在减少和控制交通拥堵在亚的斯亚贝巴(1]。

然而,亚的斯亚贝巴交通需求的增长也导致了冗长的行类似于交通拥堵。这个积压或交通堵塞会导致各种各样的问题。交通拥堵一直是一个日益增长的慢性问题创建以来的交通系统和大规模生产的车辆,根据Taddesse w (2]。由于经济和人口扩张,在发达国家和发展中国家所看到的所有主要城市旅游需求的增加(3]。交通拥堵直接影响乘客通过增加旅行时间,增加等长度,增加燃料成本,延迟重要的任命和就业,并减少生产时间;它也有一个间接影响生活水平和环境(4]。因此,城市交通拥堵成本道路使用者和大量的钱。

据统计收集过去的六年里,这个AALRT服务平均每天90989人次,平均等待时间17分钟。的管理AALRT长期和短期的目标是减少到10 - 12分钟的平均等待时间(5]。根据Stoilova Stoev [6),铁路网络企业经常需要模型和模拟,以减少乘客等待时间。这个需求通常发生由于基础设施开发或维护,或添加额外的电车到现有的铁路系统。

玛拉(7)演示了如何使用排队论来选择最好的服务通过平衡等待时间和成本。有限的研究已经完成,阐明AALRT服务条件以及服务和需求之间的不匹配。这种差距促使研究人员进行深入调查利用集成队列理论和蒙特卡罗模拟方法来评估服务和成本的优化AALRT项目。

2。研究方法和过程

2.1。案例研究的描述

AALRT两行。第一后的路线是南北走廊,一条17.35公里,从市中心Minilik二世广场通过在北方,领导着一个小距离西访问Merkato和公共汽车拉(城际巴士站),Lideta, Legehar Gotera Meskel广场和城市的南部工业区Kality服役22台。

和第二个后的路线是东西走廊,从Torhailoch 16.9公里线路运行,通过墨西哥广场,Legehar, Meskel广场,Megenagna与两行分享影片服务22站2.7公里的轨道在城市中心。这个高速公路连接影片,CMC、Gurdshola Torhailoch以西的区域,这些都是主要的住宅和房地产开发的位置。Meskel广场是亚的斯亚贝巴的主要公共会议地点,而Meganagna广场作为一个重要的交通枢纽和商业中心。Megenagna东西走廊满足环路。

2.2。研究方法

工作涉及到几个方法和步骤进行彻底的任务,满足研究的目的。首先,文献综述从不同的书籍、文章、发表期刊、规范和标准;前和纸上的话题。这是一个很好的舞台开始,妥善安排研究。本研究的主要目的是识别和建立一个优化模型站在的东西和南北铁路AALRT走廊。因此,它需要评估的乘客拥堵在多大程度上存在。此外,交通拥堵问题解决模型的应用实践和工具和计算机辅助仿真软件解决这个问题。提供最佳的服务是最重要的行动之一的铁路服务操作。为此,有必要开发一个模型来确保地铁站的有效管理。这是用于指导最大化的规划者和估计运输服务; and forecast activity durations. Finally, it is used to lower congestion and optimize the waiting time.

2.2.1。数据采样和收集

定量数据聚集在这项研究中。定量方法是那些处理测量数据(8),用于调查交通拥堵问题通过使用数字。

拥挤的乘客在车站可以少量的电车,迟到的电车或乘客的数量超出了电车的能力。高峰小时数据已经收集三个月的所有车站的走廊等AALRT乘客的到达时间,电车到达时间,乘客的数量到达时,电车的数量到达等定量的第一手数据。满足本研究的目标,辅助数据已经从桌子上获得学习各种文学作品和有关当局。同样,一些定量数据从桌子AALRT各种文档的研究。

2.2.2。数据分析和建模方法

排队问题可能发生的由于不完美的客户和服务设施之间的比赛像AALRT需要使用队列理论减少乘客的等待时间。先前的研究演示了排队论应用于优化一个小企业9)、医疗(10),超市结账(11),地铁站12),售票窗口(13),多级生产线(14),利用混凝土的设备在施工15]。呼叫中心人员的优化16),运输甘蔗工厂(17,排名清单的风险(18所有使用蒙特卡罗模拟方法。之一的文学研究在这一领域是排队论的应用程序自动取款机(ATM)设施使用蒙特卡罗模拟(19]。达到最好的表示和消除上述研究的不足之处,分析AALRT系统是利用排队论和蒙特卡洛仿真优化方法。

在研究的一部分,研究者解决了第一和第二具体目标如下:第一个目标已经解决了通过确定收集的数据的概率分布来识别交通拥堵的程度。这个理由是由使用分布拟合软件像@ risk。第二个目标已经被收集和比较数据处理所有车站的客运走廊流动。第三个特定目标是通过预测未来系统的性能通过考虑当前的性能与人口增长率。

此外,蒙特卡洛仿真模型来解决所有具体的目标,通过一种新的模式根据收集到的数据和概率分布。在这种情况下,研究人员会选择发展的理论优化模型根据随机抽样数据的特点,而不是“先来先得”的原则。

2.3。程序

这个研究论文的目的是通过以下步骤和过程。(1)问题识别(我)一切都遵循的基础研究(2)用来找出研究的意义(3)确定发生在高峰时段的交通拥堵问题(2)说一般和特定的目标(我)寻问者寻求的目标带来的结果完成研究(2)用于开发一个框架的研究(3)显示什么研究,从研究和国家期望的结果(3)文献综述(我)给一直所说的概述有关研究考虑(2)识别的知识区域通过评论主题(3)识别过程和实践纳入规划和当前研究的建模过程(iv)了解当前的研究的方法和内容主题领域(v)研究并确定最先进的重要性,和模拟的方式实现在服务行业更加注重轻便铁路优化(4)数据收集是通过(我)作为主要数据直接计算,(2)阅读文档作为辅助数据开发客运交通堵塞的最优模型(5)通过使用最先进的@ risk计算机辅助仿真软件,进行了一个案例研究来分析当前的运输过程和发展最好的解决方案。(6)数据分析和讨论;(我)分析收集到的数据使用仿真软件和电子表格来实现我们的目标(2)确定优化模型模拟的相对重要性在轻轨乘客拥挤,等待时间和成本的公司(3)开发一个有用的支持工具AALRT在拥挤的车站指定的运输服务(7)已经得出最后结论和建议已经转发到公司,政府,和研究人员使用开发模型,分析和讨论。

2.4。研究设计

在图1描绘了研究设计的基本轮廓。文献综述遵循上述研究问题和目标。后,识别所需的数据处理和解决情况考虑。主数据收集的字段,而二级数据聚集从各种各样的文档保存在主体公司的办公室,从各种文学作品。数据被用来构建模型,并模拟和分析。最后,根据分析的结果,结论是和建议是发展的改进策略。

3所示。分析,结果和讨论

3.1。选择拥挤的走廊,转变和车站

亚的斯亚贝巴轻便铁路运输是建在东西方(西)和南北走廊(n)。AALRT提供16小时两班倒叫上午和下午。早班是从6:00点2:00点,和转变是下午2:00 PM 10: 00点。高峰时间从早上7 - 9点- 12点,下午,分别。

按照面试AALRT操作控制中心(OCC)工人,过去六年的操作,得到的数据和结果从这个研究中,东西方走廊是南北走廊拥挤的相比。同样,东西方向拥挤在早班相比下午下午转变和转变是拥挤和早班的西(w e)方向。和南北走廊是下一个拥挤的路线。南北方向,下午转变是拥挤的早班相比,在南北方向(s (n),早班下午拥挤而转变。

拥挤的走廊的转变,选择后选择的拥挤的车站。因此,在东西方走廊和方向,从管理研究所Legehar站已经被确认为拥挤的车站。因此,Megenagna和Haya Hulet 1是最拥挤的走廊和方向。站从体育馆到公务员被认为是西方向的拥堵。因此,Megenagna和Haya Hulet 1是最拥挤的站在这个方向。同样,交通拥堵已经发现在南北走廊和方向,从Tegbareid阿迪亚的斯亚贝巴。因此,体育场和Legehar是最拥堵的路线。站之间Nifas丝2和Tegbareid被公认为拥挤的车站。因此,最拥挤的站在这个方向是体育场和Legehar。

3.2。数据收集和验证

不同的模型,如队列理论,Markova链,蒙特卡罗模拟,和其他人,是用来解决交通拥堵的问题。然而,保持一种理论,研究者使用@ risk软件找到的概率分布。

3.2.1之上。统计和概率分布的数据

@ risk软件包括函数用于生成随机数从不同的概率分布。许多这样的软件模块为这些分布,提供下拉选择,他们很可能被使用。一个或多个参数值与@ risk程序中的每个分布(20.]。正确描述分布,这些参数值必须被指定。分布决定了数字,意义,和秩序的参数值21]。表1总结了分布(按字母顺序)和参数值。

3.2.2。数据收集和汇总的数据

使用@ risk,上午和下午的统计和离散概率分布高峰小时的乘客离开,电车的到来,和电车能力,在Haya Hulet 1, Megenagna, Legehar,体育馆站在走廊和指定方向已确定。电车能力的多个电车到达其设计能力;的286名乘客。然而,乘客离开的始发站是登机的乘客,取而代之的是寄宿的差异和下车的乘客到达中间体站和乘客离境前一站。

拟合的美好的结果是制服,二项式,负二项和泊松分布。均匀分布发生当数据均匀分布在一个特定的时间间隔。给定一个成功概率对于每一个审判,二项分布表示的可能性成功试验在离散分布。负二项分布是一个离散型概率分布的数量成功一个独立且同分布序列事件,发生在一个给定的(随机)数量,失败。样本概率分布图形Haya Hulet 1站在高峰小时的AALRT数据所示2和3所示。

3.3。建模AALRT的蒙特卡罗模拟

微观和宏观仿真软件VISSIM和入境签证。是标准的多模式交通流规划、模拟、和交通运输网络的建模和需求,以及规划公共交通,分析多通道交通流。

AALRT的拥堵问题可以通过不同的排队论模型,解决了Markova链,蒙特卡罗模拟法等。然而,坚持一种理论,研究者发现乘客通过@ risk软件的概率分布。

3.3.1。模型的假设和总结

(我)假设在蒙特卡罗模拟的发展(我)没有高峰小时或7 - 9点,下午4 - 6点是假设的正常运行速度在每个车站进出都是平等的。(2)9 - 10点和下午6 - 7点到达和前面的高峰时间转移到这些时间是通过现有的系统管理。(3)3 - 4点到6点是通过现有的管理操作,并且没有乘客转移到下一站。(iv)在高峰时间,电车收集大量的乘客从中间体,它成为了充分的利用。(2)该模型开发了如下:(我)收集的数据来自最拥挤的车站(2)拟合优度的检查通过插件@ risk ms excel软件得到概率分布。(3)因为概率分布是不适合队列理论和马尔可夫链蒙特卡罗模拟被选中来生成随机数。(iv)一千年从每个概率分布的随机数生成乘客选择出发和电车到达车站。(v)乘客的平均容量计算从随机生成的平均电车到达。(vi)额外的乘客可以被转移到下一个小时先到先得的原则。但蒙特卡洛随机数生成额外的乘客解决通过添加额外的电车。(七)电车的计算能力额外的乘客进行基于每个高峰小时的额外的乘客。(八)总结优化和比较的实际和理想的解决方案。

乘客离开和电车的到来,蒙特卡罗随机数字产生了。只创建额外的乘客选择站在1000年相应的高峰时间第一随机数生成的平均价值生成的在这一节中列出了一个控制站从东到西走廊和一个管理车站从北到南走廊。额外的乘客的数量作为附录提供的其他站调查AALRT的拥堵。

3.3.2。调查的拥堵AALRT在某些选定的电台

拥塞的定义是太拥挤或阻塞,构成风险(22]。此外,拥挤的道路和城市交通过度,使运输困难。当“用户共享一个服务系统能力有限,“这发生。拥塞率是计算平均拥挤的火车线量最繁忙的时刻,根据穆萨et al。(2014)。交通拥堵是决定使用强度,它可以发生在 ,轻轨交通是拥挤的,和一个队列形式;然而,当 ,轻铁不超载,没有队列形式(24是通过计算;

所需的额外的电车百分比的迹象是拥挤的时间发生在一个特定的时间间隔。因此,从蒙特卡洛模拟随机数生成、拥塞率或拥挤在一列火车线在每个车站最繁忙的小时计算和总结如下:

南方向,需要96%的额外的电车在Megenagna和115% Haya Hulet 1地铁站,根据表中2。我们的方向,95.6%的需要额外的电车Haya Hulet 1和96.9% Megenagna地铁站。在计算路线,102%需要更多的电车在体育场和106.3% Legehar地铁站;方向),95.5%的人需要更多的电车在体育场和97% Legehar地铁站。

此外,拥塞/拥挤AALRT南方向的速度是22.5和22.6% Haya Hulet 1和Megenagna地铁站,和我们的方向是22.5和22.9% Haya Hulet 1和Megenagna地铁站,s (n方向在Legehar 22.5和22.9%,体育场地铁站,和n方向在Legehar 22.7和23%,体育场地铁站。因此,亚的斯亚贝巴轻轨交通是拥挤的。

3.4。优化AALRT服务选择

如果出现了拥塞和数据分类使用给定的概率分布,下一步应该找到一个解决问题的办法。当前形势下的答案将会创建一个新的模型基于真实数据。这个排队模型的目标是最大化服务,同时降低成本。在这项研究中,优化服务需要减少客户等待时间或排队线路AALRT平台上通过增加电车移民的数量,同时保持服务成本账户。

使用统计摘要的乘客离职,电车到达,和电车能力,创造了1000个随机数使用概率分布来确定额外的电车能力。如下指出,这些额外的乘客将被用来找到更多的电车能力缓解乘客拥堵。

额外的乘客由于拥塞的直方图表示显示所需的额外容量电车的总结。这个柱状图如图4和5揭示了适当的表达与其等效容量额外的电车。

表3表明当前亚的斯亚贝巴轻便铁路的等待时间是14.33分钟按当前的数据通过蒙特卡洛模拟方法。14.33分钟的平均是14.37,13.95,14.29,和14.72分钟的早上和下午等待时间,分别在指定的加油站。

AALRT通过蒙特卡洛模拟方法的优化显示上述研究得出结论,增加两个单额外电车可以减少高达32.43%的等待时间和拥堵88%上午Haya Hulet 1站,31.76%,拥堵在Megenagna火车站下午高达99%,32.26%,拥堵在Legehar火车站早上高达99%,32.88%,拥堵在Legehar车站下午高达99%。

可以最小化的最大等待时间的基础上,设计了乘客的电车能力和几何AALRT 7分钟(25]。输出的优化研究中,南临方向9.71分钟,9.52分钟我们的方向,方向)9.68分钟,9.88分钟计算的方向是可以接受的基于当前的能力AALRT自等待时间大于最小等待时间的基本研究。因此,在亚的斯亚贝巴的案例研究光火车站在走廊和方向,最好的服务就是当组织增加2单独的电车。这将减少等待时间和拥堵32.88%到99%,在桌子上3。

3.4.1。总结优化解决方案

研究者调查了几个情况后获取信息对轻轨交通在一些选定的电台通过模拟优化。根据采访AALRT OCC员工,这项工作的基础是现有的轻轨交通服务包括两个走廊和两个方向的两个转变:从6:00点到2:00点,和其他从2:00 PM 10: 00点。我们的模拟表明,该优化方法是最好的稳态条件在早高峰小时的早上7 - 9点和下午4 - 6点的高峰。参见图6获得的结果的一个示例的运行的蒙特卡罗模拟假设每个服务提供者两班倒工作。蓝色的锯齿形曲线表明理想的电车提供的蒙特卡罗模拟,而三个直线代表电车的数量从模拟获得的研究员。红色的直线显示当添加了两个独立的电车来改善服务,绿色直线显示当一个电车被添加到维护当前系统的平均服务,和黄色直线显示电车现有的平均数量。

理想的、实际的和额外的电车在Haya Hulet 1站从下午4 - 6点是描绘在图的转变6。的实际直线提供了明确的指示模型的开发模型的稳态性能。

3.4.2。边际服务额外的电车

的AALRT电车的容量286名乘客。使用上述优化方法,研究发现所需要的最小数量的电车缓解拥挤在一个稳定状态。图7描述了乘客的平均比例为每小时电车的数量的函数模拟部署在早上和下午转变。值得注意的是,这个数字表明,添加一些更多的电车可以显著增加乘客的平均数量在一小时内。图的斜率代表服务的增长率与额外的电车。服务提供的比例而言,也许是有意义的数量增加的电车运营直到边际效益添加另一个电车开始减少,这发生在乘客服务的比例在一小时内达到100%。

3.5。未来的性能AALRT

铁路基础设施是一个大型和昂贵的投资;因此,基础设施经理应该管理好基础设施来实现项目的目标。一旦铁路建造应该是有效的管理。在市区公共交通需求的不断增长,对所提供的服务产生重大影响。有一个高效的管理系统基础设施经理应该知道除外需求在铁路的一生。

3.5.1。乘客预测

“四段式”旅游客流预测模型是最常用的。的社会、经济、人口、交通环境、和有轨电车条件都影响客流的增加。在发展中国家很难获得所需的信息使用的“四段式”旅游模式,影响客流的增加。人口增长率是在这样一个环境相关的因素。

人口增长有积极的影响旅游流。人口增长率是用来确定预测客流,最好的办法考虑到数据收集的关于人们的运动在每一站在走廊。

人口增长率是基于亚的斯亚贝巴市的城市增长率预测由中央统计机构。由于旅客数量的增长率是影响人口增长,所以生长因子给出如下: 在那里;=生长因子,=人口j+ 1年=人口j的一年。

但是,这种方法用于预测AALRTs需求是基于一个3.8%的人口增长在亚的斯亚贝巴的城市。每天用乘客的数量到2021年收集到的领域,未来的乘客数量在2026年底,2031年,2036年、2041年和2047年是由下列方程计算。 在那里;=旅客数字j+ 1年=生长因子,=旅客数字j的一年。

3.5.2。总结未来AALRT的性能

显示在表4每五年,添加一个双层电车AALRT间隔可以改善等待时间和拥堵。此外,2047年,添加六双电车汽车和替换现有的单电车汽车双电车将增加8个双层电车系统的能力,减少AALRT拥挤和等待时间77%上升到95%。最终,新模型表明公司可以改善服务通过增加每小时电车的数量和用双层电车取代单一的电车2047没有扩张的基础设施。

4所示。结论

本文评估当前和未来的性能使用数学建模亚的斯亚贝巴轻便铁路运输服务。基于分析和发现AALRT在最拥挤的地铁站在走廊和方向,总结了以下结论(23]。(我)在指定的高峰时间,亚的斯亚贝巴轻便铁路运输服务观察是拥挤的走廊和方向。(2)研制了一种新的优化模型的基础上,优化服务的能力,服务的等待时间,服务的成本。(3)按照优化服务的能力,添加两个额外的电车可以减少交通堵塞88%南方向和我们的99%,s (n, n方向。(iv)当前AALRT的最佳等待时间是9.52分钟从现有14.33,这可以通过添加两个单更多的电车。(v)这个最佳等待时间减少乘客的等待时间4.66,4.43,4.61,和4.84分钟在南,w e, s (n和n方向,分别。(vi)基于优化服务的等待时间增加两个单更多的电车可以减少等待时间,32.43,31.76,32.26,32.88%,南临,w e, s (n和n方向,分别。(七)研究结果显示,改善系统的未来性能通过添加一个双层电车每五年可以减少AALRT等待时间和拥堵。(八)此外,2047年,添加六双电车汽车和替换现有的单电车汽车双电车将增加8个双层电车系统的能力,减少AALRT拥堵77%和等待时间7.23分钟。

最终,新模型表明公司可以改善服务通过增加每小时电车的数量和用双层电车取代单一的电车2047没有扩张的基础设施。通过优化改进将提高客户满意度通过减少等待时间和乘客拥堵。

数据可用性

数据用于支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者要感谢Tedros Geteye和Bisrat Zewdu从亚的斯亚贝巴轻轨服务和Yalelet Endalemaw亚的斯亚贝巴的交通管理机构为我们提供所需的数据,作者的研究,以及Alazar Yirdaw亚的斯亚贝巴城市管理交通的副经理,他的意愿和本研究的支持。