برنامه‌ريزي عمليات نگهداري و تعمير شبكه‌هاي بزرگ-مقياس روسازي با در نظر گرفتن مصرف انرژي

Pavement maintenance planning of large-scale transportation networks considering energy consumption

مديريت زيرساخت‌هاي بزرگ حمل و نقلي نظير روسازي‌ها نيازمند يك برنامه‌ريزي اصولي و بهينه است تا از هدررفت منابع جلوگيري شود. بنابراين يكي از مهم‌ترين بخش‌هاي يك سيستم مديريت روسازي، بهينه سازي برنامه‌ريزي عمليات نگهداري و تعمير مي‌باشد. سازمان‌هاي متولي راه عمدتا با شبكه‌هايي بزرگ با تعداد قطعات بالا سر و كار دارند. پيچيدگي محاسباتي مديريت اين شبكه‌ها با بالارفتن اندازه شبكه و تعداد قطعات آن به صورت نمايي افزايش پيدا مي‌كند. روش‌هاي دقيق بهينه‌سازي عموما براي مسائل با اندازه كوچك طراحي شده‌اند. لذا روش‌هايي نظير الگوريتم‌هاي فرا ابتكاري و تكنيك‌هاي تجزيه براي حل اين گونه مسائل پيشنهاد شده و كارايي خوبي از خود نشان داده‌اند. از سويي ديگر، اخيرا در مسئله برنامه‌ريزي عمليات نگهداري و تعمير روسازي اثرات زيست محيطي و كنترل آن‌ها به طور فزاينده‌اي مورد توجه قرار گرفته‌اند. در اين پژوهش بهينه سازي مصرف انرژي به عنوان يكي از مهم‌ترين مولفه‌هاي زيست محيطي و بهينه سازي وضعيت قطعات شبكه به عنوان هدف اصلي سازمان به صورت توأمان در بستر بهينه سازي دو هدفه مورد بررسي قرار گرفته است. براي حل مسئله، از يك الگوريتم فرا ابتكاري جديد به نام الگوريتم رقابت ليگ فوتبال كه توانايي خوبي براي حل مسائل گسسته نشان داده، استفاده شده است. ايده اين الگوريتم از رقابت ليگ‌هاي فوتبال الهام گرفته شده كه بر اساس رقابت بين تيم‌ها و بازيكنان است. نمونه موردي اين پژوهش يك شبكه واقعي با 84 قطعه روسازي مي‌باشد. نتايج به‌دست آمده نشان داد اين الگوريتم توانايي حل مسئله يك شبكه بزرگ در زمان كوتاه و منطقي را دارد. به علاوه مقايسه جواب‌ها مشخص كرد در نظر گرفتن مصرف انرژي به عنوان تابع هدف دوم مسئله همراه با بهينه سازي وضعيت قطعات شبكه، به كاهش 13 درصدي مصرف انرژي، كاهش 10 درصدي هزينه‌هاي كل و افزايش 9 درصدي ميانگين ناهمواري قطعات شبكه منجر مي‌شود.

Maintenance and rehabilitation scheduling optimization are some of the most critical parts of the pavement management system. Pavement agencies usually face large-scale pavement networks. The complexity of network management is exponentially increased in the circumstances that the dimension of the network is extended. Hence, meta-heuristic algorithms and decomposition techniques are usually applied to solve these problems. In this investigation, energy consumption optimization is taken into account as an essential environmental criterion. Furthermore, a recently developed meta-heuristic algorithm called the Soccer league competition algorithm is utilized to solve the problem. This robust algorithm is inspired by the competitions of players and teams in soccer leagues. A real network containing 84 segments is the case study of this investigation. According to the results, the Soccer league competition algorithm is competent to solve a large-scale network problem in a short time. Moreover, the comparison of different strategies outcomes indicates that considering energy consumption as the second objective function reduces the energy consumption and total cost 13% and 10%, respectively, and increases the average international roughness index by 9%.