تأخیر قطارها تمومه؟ 🚄 اتریش با هوش مصنوعی، انقلاب جدید در زمان‌بندی

بهبود وقت‌بندی قطارها با روش‌های تازه

یه سری محقق، واسه اینکه بتونن وقت‌بندی قطارها رو بهتر کنن و بفهمن کی تأخیرها بیشتر می‌شن و کدوم قطارها بحرانی‌ان، با همکاری راه‌آهن اتریش (ÖBB) یه روش جدید بر اساس شبکه‌ها ساختن. تأخیر قطارها فقط یه دردسر کوچیک برای مسافرا نیست، بلکه می‌تونه کلی ضرر اقتصادی هم داشته باشه، مخصوصا وقتی این تأخیرها تو کل شبکه پخش می‌شن. وقتی یه قطار دیر می‌کنه، معمولا یه اتفاقاتی پشت سر هم می‌افتن که مشکلات کوچیک رو تبدیل به تأخیرهای بزرگ تو کل سیستم می‌کنن. این موضوع می‌تونه هزینه‌بر باشه. یه گزارش از انجمن راه‌آهن‌های آمریکا (AAR) نشون می‌ده که اگه یه اختلال بزرگ تو راه‌آهن آمریکا پیش بیاد، ممکنه روزی بیشتر از ۲ میلیارد دلار به اقتصاد ضرر بزنه. پس سوال مهم برای شرکت‌های راه‌آهن اینه که چطور می‌تونن اثرات زنجیره‌ای تأخیرها رو با کمترین دردسر مدیریت کنن؟

روش جدید مبتنی بر شبکه

محققای مرکز علوم پیچیدگی (CSH) با استفاده از یه روش جدید بر اساس شبکه‌ها، خطر سیستماتیک ناشی از قطارهای مختلف رو برای کل شبکه راه‌آهن اتریش اندازه‌گیری کردن. ویتو سرویدیو از CSH توضیح می‌ده: “این روش به ما این امکان رو می‌ده که نقاط ضعف سیستم رو پیدا کنیم؛ یعنی اون قطارهایی که تأخیرها رو به قطارهای بعدی منتقل می‌کنن.” این تحقیق تو مجله npj Sustainable Mobility and Transport چاپ شده.

شناسایی “قطارهای مؤثر”

محققان با بررسی اطلاعات مربوط به مسیر شلوغ ایستگاه مرکزی وین به وینر نوشتات (که روزانه تا ۱۰۰۰ قطار مسافربری از اونجا رد می‌شه) بین سال‌های ۲۰۱۸ تا ۲۰۲۰، و همینطور اطلاعات دیگه از تمام مسیرهای قطار تو اتریش تو یه دوره ۱۴ روزه، یه مدل شبکه‌ای ساختن. تو این مدل، گره‌ها نشون‌دهنده خدمات قطار هستن و لینک‌ها، تعاملاتی که می‌تونن باعث تأخیر بشن. با استفاده از این مدل، محققان تونستن قطارها رو بر اساس پتانسیل‌شون برای پخش تأخیر رتبه‌بندی کنن و “قطارهای مؤثر” رو شناسایی کنن.

اونا برای اینکه مطمئن بشن یافته‌هاشون درسته و بتونن راه‌های کاهش تأخیر رو ارزیابی کنن، یه شبیه‌سازی با استفاده از عامل‌های راه‌آهن اتریش ساختن که رفتار و تعاملات روزانه قطارها رو بازسازی می‌کرد. نتایج نشون می‌ده که قطارهایی که کمی قبل و در طول ساعات شلوغی حرکت می‌کنن، خیلی مهم هستن. سیمونه دانیوتی، دانشجوی دکترای CSH و نویسنده اول این مقاله، می‌گه: “شاید این خیلی هم تعجب‌آور نباشه. با این حال، ما می‌تونیم تشخیص بدیم کدوم‌شون تو شبکه پیچیده ارتباطات، تو ساعات شلوغی، تأثیر بیشتری دارن.”

علت اصلی زنجیره‌ای شدن تأخیرها: ناوگان ریلی

محققان فهمیدن که زنجیره‌ای شدن تأخیرها تو این مدل، بیشتر به خاطر اشتراک ناوگان ریلی (لوکوموتیوها و واگن‌ها)ست، با وجود اینکه ارتباط بین ناوگان ریلی کمتر از زیرساخت‌هاست. دانیوتی توضیح می‌ده: “چیزی که ما می‌بینیم اینه که چیزایی مثل ناوگان ریلی و کارمندا، نقش خیلی بیشتری تو پخش شدن تأخیرها تو شبکه راه‌آهن دارن تا خودِ حرکت قطارها.”

تأثیر تأخیر قطارها روی شبکه حمل و نقل

مثلا، اگه یه قطاری که قرار بوده ساعت ۲ بعدازظهر حرکت کنه، وابسته به واگن‌هایی باشه که قطار ساعت ۸ صبح استفاده کرده، هر تأخیری تو اون قطار اولی می‌تونه خیلی روی قطار بعدی تأثیر بذاره. این موضوع یه محدودیت سخت ایجاد می‌کنه که می‌تونه خیلی دردسرساز باشه. هرچند مدل فعلی به خاطر کمبود اطلاعات تغییرات مربوط به پرسنل رو در نظر نمی‌گیره، ولی طوری طراحی شده که بتونه عوامل اضافی مثل نیروی انسانی رو هم وارد کنه و تحلیل دقیق‌تری از تأثیرات تأخیرها داشته باشه، وقتی این اطلاعات آماده شدن.

خدمات قطار اضافه

محققان برای اینکه راه‌حل‌های ممکن رو بررسی کنن، یه تأخیر یه ساعته برای ۲ درصد از پرترددترین قطارها تو خط راه‌آهن جنوبی اتریش، از ایستگاه مرکزی وین به وینر نوشتات، شبیه‌سازی کردن. این قطارها به عنوان تأثیرگذارترین قطارها روی شبکه شناسایی شدن. سرویدیو توضیح می‌ده: “ما دیدیم که اضافه کردن فقط سه سرویس قطار اضافه تو مدل، می‌تونه تأخیرهای کلی رو تو روزهای بحرانی تقریبا ۲۰ درصد کم کنه.” به گفته محققان، اجرای این راه‌حل تو کل سیستم راه‌آهن اتریش می‌تونه تأخیرها رو تو این مدل به میزان ۴۰ درصد با اضافه کردن ۳۷ قطار یا یه مسیر جدید، کاهش بده. اونا همینطور دیدن که هرچقدر ترافیک یه خط راه‌آهن بیشتر باشه، بهینه‌سازیش سخت‌تر می‌شه. از اونجایی که خدمات قطار محلی با واحد‌های کشش الکتریکی کم‌هزینه‌ترین گزینه برای شرکت‌های راه‌آهن هستن و قطارهای بین‌شهری جایگزینی سخت‌تر و گرون‌تری دارن، محققان بررسی کردن که آیا تأثیرات مختلف بستگی به نوع خدمات قطار اضافه شده داره یا نه. سرویدیو می‌گه: “جالبه که ما دیدیم با اضافه کردن سه تا از به‌صرفه‌ترین خدمات قطار به خط راه‌آهن جنوبی، می‌تونیم کاهش مشابهی در حدود ۲۰ درصد تو تأخیرهای کلی داشته باشیم.”

رویکرد خلاقانه

آد روبن-بالداف، مدیر برنامه ÖBB می‌گه: “دقت زمان یکی از اهداف اصلی ÖBB هست. مدلی که CSH درست کرده، یه ابزار اضافه برای رسیدن به این هدف تو سیستم پیچیده راه‌آهن ما فراهم می‌کنه.” استفان تورنر، رئیس CSH می‌گه: “شبیه‌سازی یه سیستم راه‌آهن ملی، کار پیچیده‌ایه و شامل تعداد زیادی قطار و نقطه عملیاتی می‌شه که میلیاردها سناریو رو ایجاد می‌کنه. روش‌های سنتی معمولا تو این مقیاس کافی نیستن، ولی تحلیل شبکه و علم پیچیدگی ابزارهای مدل‌سازی قوی رو برای شناسایی آسیب‌پذیری‌های سیستمی ارائه می‌دن.” این تحقیق نشون می‌ده که چقدر پیوند دادن تحقیقات علمی با تجربه صنعتی می‌تونه مفید باشه و این که چطور نوآوری‌های مشترک می‌تونن راه‌حل‌های مؤثری برای مسائل عملیاتی پیچیده ارائه بدن.

درباره این مقاله

مقاله “رویکرد ریسک سیستمی برای کاهش تأخیرهای زنجیره‌ای در شبکه‌های راه‌آهن” توسط S. دانیوتی، V. D. P. سرویدیو، J. کگر، A. روبن-بالداف و S. تورنر تو مجله npj Sustainable Mobility and Transport چاپ شده. این مقاله به عنوان بخشی از پروژه “پیش‌بینی عملکرد قطار” انجام شده که یه همکاری مشترک بین CSH و ÖBB هست و هدفش توسعه راه‌های بهینه سازی برای حمل و نقل مسافربری ÖBB برای کم کردن تأخیرهای سالانه کلی تو این سیستم هست.