مقياس بندي، مدل‌سازي و كنترل ترافيك يك شبكه ريلي بين‌شهري واقعي با استفاده از جبر بيشينه جمع و كنترل‌كننده پيش‌بين

Scaling, Modeling and Traffic Control of a Real Railway Network using Max-plus Algebra and Model Predictive Control

بازيابي تأخير زماني مي‌تواند كارايي شبكه ريلي را بالابرده و جذابيت استفاده از حمل ‌و نقل ريلي را در مقابل ساير صورت‌هاي حمل‌ونقل افزايش دهد. اين مقاله به ارائه يك مدل ديناميكي جديدي از سيستم راه‌آهن بين‌شهري مي‌پردازد. مدل ارائه‌شده، يك سيستم گسسته پيشامد است كه بر اساس انحراف از مدت‌زمان سفر و انحراف از زمان توقف قطارها تعريف مي‌گردد. با توجه به وجود ايستگاه‌هاي فرعي متعدد در طول مسير و امكان حل مسئله كنترل در زمان قابل‌قبول، از مقياس بندي شبكه ريلي واقعي جمهوري اسلامي ايران به يك شبكه كوچك‌تر بدون از دست دادن صحت و كليت مسئله استفاده‌شده است. از جبر بيشينه جمع به‌منظور مدل‌سازي ديناميك ترافيك در طول مسير و از كنترل‌كننده پيش‌بين به‌منظور كنترل ترافيك استفاده‌شده است. هدف از طراحي سيستم كنترل، كاهش تأخير زماني حركت قطارها در طول مسير و از بين بردن آن با استفاده از كاهش زمان سفر قطارها در فاصله مابين ايستگاه‌ها و تغيير در بازه زماني ملاقات يا عدم ملاقات قطارهاي برنامه‌ريزي‌شده در ايستگاه‌هاي رابط است. در بخش پاياني مقاله، نتايج شبيه‌سازي به‌منظور نمايش صحت عملكرد مدل پيشنهادي و همچنين عملكرد موفق سيستم كنترل پيش‌بين ارائه‌شده است. يادآور مي‌گردد كه در اين مطالعه، مدل‌سازي و شبيه‌سازي بر اساس اطلاعات واقعي ترافيك در خطوط اصلي راه‌آهن جمهوري اسلامي ايران انجام پذيرفته است.

Delay time recovery can increase the efficiency of the railway network and increase the attractiveness of railway transport against other transportation systems. This article presents a new dynamical model of railway system. The proposed model is a discrete event systems that is defined based on the deviation of travel time and deviation of stop time of trains. Due to the existence of multiple substations along the path and the possibility of solving the control problem at an acceptable time, the realization of the real railway network of the Islamic Republic of Iran into a smaller network has been used without losing the integrity of the issue. The Max-Plus is used to model the dynamics of traffic along the route and Model Predictive Control is used to control the traffic. The goals of the control system are reduction of time delay along the route and eliminate it by reducing the train travel time between stations and change in meeting or not meeting time scheduled trains in the interface stations. In the final section of the paper, simulation results are presented to show the validity of the proposed model as well as the successful performance of the MPC system. It should be noted that in this study, modeling and simulations have been done based on actual traffic information in the main lines of the Islamic Republic of Iran Railways.