Trenlerarası çatışma yönetimine dayalı trafik kontrolü için bir karar destekleyici sistem

Abstract

ÖZET Bir ulaştırma alt sistemi olan demiryolları, sistem içindeki taşımacılık payını korumak hatta artırmak durumundadır. Ancak, bunu yaparken diğer alt sistemler (özellikle karayolu taşımacılığıyla) rekabet etmek zorundadır. Rekabet edebilmenin en önemli koşullan arasında, sunulan hizmetin düzeyi (kalitesi) oldukça önemli bir yer tutar. Bir ulaştırma hizmetinin kalitesine ilişkin iki ölçüt, dakiklik ve güvenilirlik olmaktadır. Bu ölçütlerin belirli (istenilen) düzeyde tutulabilmesi, demiryolu işletmeciliğinin sürekli ve tamamlayıcı bir öğesi olan etkin trafik kontrolü ile sağlanabilir. Bu çalışmada, trafiğin önceden hazırlanmış çizelgeye göre yürütüldüğü plan duyarlı işletmecilik koşullarındaki trafik kontrol problemi ele alınacaktır. Önceden hazırlanmış çizelge, trenlerarası çatışmaların bulunmadığı, uygulanabilir bir plandır. Ancak, planlanmamış (normal dışı) olaylar nedeniyle meydana gelen gecikmeler, trenlerarası çatışmaların ortaya çıkmasına neden olabilir. Trafik kontrolü, trenlerarası çatışmaları, çatışma gecikmelerini en küçükleyen bir yöntemle etkin bir şekilde çözerek, yeni bir (uygulanabilir) çizelge hazırlamak için uygulanır. Bu çalışmada, bu amaca yönelik olarak bir sezgisel algoritma hazırlanmıştır. Burada geliştirilen algoritma, tren dispeçerleri için bir karar destekleyici sistem olarak da kullanılabilecektir. Çalışmanın ilk bölümlerinde, bu güne kadar yapılmış olan çalışmalara ilişkin kaynak araştırması yapılmış; demiryolu trafik kontrolünün esasları ortaya konmuş; ve mevcut ve geliştirilmekte olan sinyalizasyon ve tren-trafik kontrol sistemleri incelenmiştir. Daha sonra, çalışmada ele alınan demiryolu sisteminin tanımı yapılmış, trafik kontrolü probleminin matematiksel modeli oluşturulmuştur. Günümüzde demiryolu trafik kontrolü dispeçerler tarafindan yapılmaktadır. Dispeçerler, kontrol işini yıllar boyunca kazandıkları bilgi ve deneyimler ile muhakeme yeteneklerini kullanarak yerine getirirler. Bu nedenle, dispeçerlerin trenlerarası çatışma çözümlerindeki karar davranışlarını belirlemek önemlidir. Bu amaçla, TCDD şebekesinin belirli bir kesiminde çalışma yapılmış ve dispeçerlerin karar davranışlarına ilişkin bir çok nitelikli seçim modeli oluşturulmuştur. Çalışmanın izleyen bölümünde trenlerarası çatışma yönetimine dayalı trafik kontrolü için bir sezgisel algoritma sunulmaktadır. Algoritmanın oluşturulmasında bir sistem yaklaşımı kullanılmıştır. Algoritmanın çekirdeğinde, en erken çatışma bulunmaktadır. Algoritma, bu çatışmanın alternatif çözümlerini bir sistem yaklaşımıyla değerlendirerek, her bir çözümün uygulanması durumunda sistemde meydana gelecek beklenen toplam gecikmeleri hesaplar. Daha sonra, sistemde en az gecikme (ya da çizelgeden en az sapma) oluşturacak alternatif seçilir. Bu işlem, en erken çatışmaların sırasıyla çözülmesiyle devam eder. Algoritma, etkin trafik kontrolü için gerekli olan 'dinamik öncelik sayısı' kavramını da kullanmaktadır. Üretim planlamasında 'kritik oran' olarak bilinen öncelik kuralı, her tren için belirlenen ve trenin seyiri boyunca yenilenen dinamik öncelik sayısının belirlenmesinde kullanılmaktadır. Çalışmanın son iki bölümünde, sırasıyla, geliştirilen algoritmanın test edilmesine yönelik uygulamalara yer verilmiş, ve elde edilen sonuçlar ve değerlendirmeler sunulmuştur. vn

SUMMARY Railways, which is a transportation sub-system, should protect market share, even try to increase it. However, railways have to compete with other sub-systems such as highways while dealing with some marketing issues. Level (quality) of service is an important element of this competitive environment. Two important measurements of quality of service are timeliness and reliability. Keeping these measurements at certain levels can be achieved by performing effective railway traffic control, which is an integral part of day- to-day operation. In this study, we will deal with traffic control problem for schedule-responsive operations, which is carried out based on a pre-determined schedule. Pre-determined schedule is a conflict-free feasible plan. But train delays always occur in real operating conditions due to unplanned events, which in turn may cause inter-train conflicts. Traffic control is carried out for rescheduling in a fashion that rtunimizes the interference delays between conflicting trains. We have developed a heuristic algorithm for that purpose. The proposed algorithm can be utilized as a decision-support system for train dispatcher. Railway traffic control is a large-scale and complex problem. Therefore, it is crucial to define the problem with complete data and without error. In earlier chapters of this study, a detailed literature search is presented; the fundamentals of railway traffic management is explored; then existing and developing railway signaling and train-traffic control systems are outlined. We then define the railway system considered and establish the mathematical model of the traffic control problem. Presently, railway traffic control is carried out by train dispatchers. They use knowledge and skill obtained over the years and their reasoning ability to perform the duty. Therefore it is important to explore their decision behavior at problem solving in conflicting situations. For this purpose, we studied this problem in a particular section of TCDD (Turkish State Railways) and developed a decision model of train dispatchers. A heuristic algorithm for railway traffic control based on inter-train conflict management is presented in the subsequent chapter. We have used a systems approach in establishing the algorithm. The kernel of the algorithm is immediate inter-train conflict. The algorithm evaluates the alternative resolutions of the immediate conflict and determines the expected total delay caused by each alternative. Consequently, the alternative, which causes less consequential delay, is chosen to be applied. This process is carried out in the same fashion repeatedly. The algorithm uses a new concept for this problem, the dynamic priority of train, which is modified through the journey of each train and essential for effective railway traffic control. In the last two chapters of this study, we present some applications to test the algorithm for different problem instances, and the conclusions, respectively. Vffl