💡 رازِ تاخیر قطارها فاش شد: شبکه‌ای که راه‌حل داد! 🚂⌚

بهبودِ زمان‌بندیِ دقیقِ قطارها با استفاده از روش‌های شبکه‌ای

برای بالابردنِ دقت در زمان‌بندی و فهمِ چگونگیِ گسترشِ تاخیرها و شناساییِ قطارهایِ مشکل‌ساز، یه سری از محقق‌ها از مرکزِ علومِ پیچیده (CSH) همراهِ با راه‌آهن فدرالِ اتریش (ÖBB) یه روشِ جدید بر پایه‌ی شبکه‌ توسعه دادن. تاخیرِ قطارها نه فقط برای مسافرا ناراحتی‌های معمولیه، بلکه می‌تونه خساراتِ اقتصادیِ قابلِ توجهی هم داشته باشه، مخصوصاً وقتی این تاخیرها توی کلِ شبکه‌ی راه‌آهن پخش بشن. وقتی یه قطار دیر می‌کنه، معمولاً یه واکنشِ زنجیره‌ای شروع می‌شه که مشکلاتِ کوچیک رو تبدیل به تاخیرهایِ وسیع توی کلِ سیستم می‌کنه. این قضیه می‌تونه گرون تموم شه. یه گزارشی از انجمنِ راه‌آهن‌هایِ آمریکا (AAR) نشون می‌ده که یه اختلالِ سراسری توی راه‌آهنِ ایالات متحده می‌تونه روزانه بیش از ۲ میلیارد دلار به اقتصاد ضرر بزنه. بنابراین، سؤالِ مهم برای مسئولینِ راه‌آهن اینه که چه‌جوری می‌تونن به طورِ موثر و با کمترین تلاش، اثراتِ زنجیره‌ایِ تاخیرها رو مدیریت کنن؟

روشِ جدیدِ مبتنی بر شبکه

محقق‌ها با استفاده از یه رویکردِ جدیدِ مبتنی بر شبکه از مرکزِ علومِ پیچیده (CSH)، خطرِ سیستماتیکِ ناشی از قطارهایِ تک‌تک رو برای کلِ شبکه‌ی راه‌آهنِ اتریش اندازه‌گیری کردن. ویتو سرویدیو از CSH توضیح می‌ده: “این به ما این امکان رو می‌ده که نقاطِ ضعفِ سیستم رو شناسایی کنیم — اون دسته از قطارهایی که تاخیرها رو به سرویس‌هایِ بعدی منتقل می‌کنن.” این مطالعه توی نشریه‌ی npj Sustainable Mobility and Transport چاپ شده.

شناساییِ “قطارهایِ تاثیرگذار”

محقق‌ها با تحلیلِ اطلاعاتِ مربوط به مسیرِ شلوغِ ایستگاهِ مرکزیِ وین به وینرِ نویشتات (با حداکثر ۱۰۰۰ قطارِ مسافربری توی روز) بینِ سال‌های ۲۰۱۸ تا ۲۰۲۰، و هم‌چنین داده‌هایِ اضافی از تمامِ مسیرهایِ قطار توی اتریش توی یه دوره‌ی ۱۴ روزه، یه مدلِ شبکه‌ای ساختن. توی این مدل، گره‌ها نماینده‌ی سرویس‌هایِ قطار هستن و لینک‌ها نماینده‌ی تعاملاتی هستن که می‌تونن باعثِ تاخیر بشن. با استفاده از این مدل محقق‌ها تونستن قطارها رو بر اساسِ پتانسیل‌شون برای گسترشِ تاخیرها رتبه‌بندی کنن و “قطارهایِ تاثیرگذار” رو شناسایی کنن. برای تاییدِ یافته‌هاشون و ارزیابیِ استراتژی‌هایِ کاهشِ تاخیر، یه شبیه‌سازیِ مبتنی بر عامل از راه‌آهنِ اتریش ساختن که پویایی و تعاملاتِ روزانه‌یِ قطارها رو بازسازی می‌کنه. نتایج نشون می‌ده که قطارهایی که کمی قبل و در طولِ ساعتِ اوجِ فعالیت می‌کنن، بحرانی‌ترین هستن — “که شاید خیلی هم تعجب‌آور نباشه. با این حال، ما می‌تونیم بفهمیم که کدوم‌شون توی شبکه‌یِ پیچیده‌یِ ارتباطات، توی ساعاتِ اوج، بیشترین تاثیر رو دارن.” سیمون دانیوتی، دانشجوی دکترا در CSH و نویسنده‌یِ اصلیِ این تحقیق، این رو می‌گه.

ریشه‌یِ اصلیِ زنجیره‌ایِ تاخیرها: ناوگانِ راه‌آهن

محقق‌ها فهمیدن که زنجیره‌ای از تاخیرها توی این مدل، بیشتر به خاطرِ به‌اشتراک گذاشتنِ ناوگانِ راه‌آهن (لوکوموتیوها و واگن‌ها) ایجاد می‌شه، با وجودِ این‌که نقاطِ تماس بینِ ناوگانِ راه‌آهن کمتر از زیرساخت‌هاست. دانیوتی توضیح می‌ده: “چیزی که ما می‌بینیم اینه که چیزهایی مثل ناوگانِ راه‌آهن و پرسنل، نقشِ خیلی بیشتری توی گسترشِ تاخیرها توی شبکه‌یِ راه‌آهن نسبت به خودِ حرکتِ قطارها دارن.”

تاثیرِ تاخیرِ قطارها روی شبکه‌یِ حمل‌ونقل

مثلاً، اگه یه قطاری که قرارِ ساعتِ ۲ بعداز‌ظهر حرکت کنه، به یه ناوگانِ راه‌آهنی وابسته باشه که قطاری که ساعتِ ۸ صبح حرکت کرده، ازش استفاده می‌کنه، هر نوعِ تاخیری توی قطارِ قبلی می‌تونه به طورِ قابلِ توجهی روی قطارِ بعدی تاثیر بذاره. این قضیه یه محدودیتِ جدی ایجاد می‌کنه که می‌تونه خیلی مختل‌کننده باشه. هرچند مدلِ فعلی به خاطرِ کمبودِ اطلاعات، تغییراتِ پرسنلی رو در نظر نمی‌گیره، اما طراحی شده که عواملِ اضافی مثل نیرویِ انسانی رو در هر زمانی در نظر بگیره. این انعطاف‌پذیری امکانِ تحلیلِ دقیق‌تری از تاثیراتِ تاخیرِ زمانی رو فراهم می‌کنه، به شرطی که این اطلاعات در دسترس باشن.

سرویس‌هایِ اضافیِ قطار

برای بررسیِ راه‌حل‌هایِ احتمالی، محقق‌ها یه تاخیرِ یه ساعته برای ۲ درصد از قطارهایِ پرتردد توی خطِ راه‌آهنِ جنوبیِ اتریش از ایستگاهِ مرکزیِ وین به وینرِ نویشتات، شبیه‌سازی کردن. این قطارها به عنوانِ تاثیرگذارترین قطارها روی شبکه شناسایی شدن. سرویدیو توضیح می‌ده: “ما فهمیدیم که اضافه کردنِ فقط سه سرویسِ قطارِ اضافی به این مدل می‌تونه تاخیرهایِ کلی رو توی روزهایِ بحرانی حدود ۲۰ درصد کم کنه.” به گفته‌ی محقق‌ها، اگه این رویکرد توی کلِ سیستمِ راه‌آهنِ اتریش اعمال شه، می‌تونه تاخیرها رو توی مدل تا ۴۰ درصد با اضافه کردنِ ۳۷ قطار یا اتصالِ جدید کاهش بده. اون‌ها هم‌چنین دیدن که هرچی ترافیکِ یه خطِ راه‌آهن بیشتر باشه، بهینه‌سازیش سخت‌تر می‌شه. از اون‌جایی که سرویس‌هایِ قطارِ محلی با واحدهایِ کششِ الکتریکی، به‌صرفه‌ترین گزینه‌ها برای شرکت‌هایِ راه‌آهن هستن و قطارهایِ بین‌المللی جایگزینیِ سخت و گرونی دارن، محقق‌ها بررسی کردن که آیا تاخیرها با توجه به نوعِ سرویس‌هایِ قطاری که اضافه می‌شه، فرق می‌کنه یا نه. سرویدیو می‌گه: “جالبه که ما فهمیدیم با اضافه کردنِ سه سرویسِ قطارِ به‌صرفه به خطِ راه‌آهنِ جنوبی، می‌تونیم کاهشِ مشابهی حدود ۲۰ درصد توی تاخیرهایِ کلی به‌دست بیاریم.”

رویکردِ پیشگامانه

آد روبن-بالداف، مدیرِ برنامه‌ی ÖBB می‌گه: “دقت یکی از اهدافِ اصلیِ ÖBB هست. مدلی که CSH ساخته، یه ابزارِ اضافی برای رسیدن به این هدف توی سیستمِ پیچیده‌یِ راه‌آهن ما فراهم می‌کنه.” استفان تورنر، رئیس CSH می‌گه: “شبیه‌سازیِ یه سیستمِ راه‌آهنِ ملی، پیچیده‌اس و شاملِ تعدادِ زیادی قطار و نقاطِ عملیاتی هست که میلیاردها سناریو ایجاد می‌کنه. روش‌هایِ سنتی معمولاً توی این مقیاس کافی نیستن، اما تحلیلِ شبکه و علمِ پیچیدگی، ابزارهایِ مدل‌سازیِ قوی برای شناساییِ آسیب‌پذیری‌هایِ سیستمی ارائه می‌دن.” این مطالعه یه نمونه‌ای از مزایایِ قابلِ توجهِ پیوندِ تحقیقاتِ علمی با تخصصِ صنعتی هست و نشون می‌ده که چه‌جوری نوآوری‌هایِ مشترک می‌تونن راه‌حل‌هایِ موثری برای مسائلِ عملیاتیِ پیچیده ارائه بدن.

درباره‌یِ مطالعه

مطالعه‌یِ “رویکردِ ریسکِ سیستمی برای کاهشِ تاخیرهایِ زنجیره‌ای توی شبکه‌هایِ راه‌آهن” توسطِ س. دانیوتی، و. د. پ. سرویدیو، ج. کاگر، آ. روبن-بالداف و س. تورنر توی نشریه‌ی npj Sustainable Mobility and Transport چاپ شد. این مطالعه به عنوانِ بخشی از پروژه‌ی “پیش‌بینیِ عملیاتِ قطار” که یه همکاریِ مشترک بینِ CSH و ÖBB هست، انجام شده و هدفِش توسعه‌ی استراتژی‌هایِ بهینه‌سازی برای حمل‌ونقلِ مسافربری ÖBB به منظورِ کم کردنِ تاخیرهایِ سالانه توی کلِ سیستم هست.