كمينه كردن انتشار گاز دي اكسيد كربن در برنامه‌ريزي تعمير و نگهداري شبكه بزرگ مقياس رويه‌هاي راه

Carbon Dioxide Minimization in Large-Scale Pavement Network Maintenance Planning

انتخاب استراتژي درست تعمير و نگهداري راه­ ها با در نظر گرفتن ترافيك، شرايط و نوع عملكرد راه­ ها، يك موضوع مهم براي همه­ ي بزرگراه ­ها مي ­باشد. امروزه، مراكز راهداري براي تعمير و نگهداري بزرگراه ­ها با شبكه ­هاي بزرگ مقياس روبه­ رو گرديده ­اند. مديريت شبكه با مقياس بزرگ، پيچيدگي­ هاي مخصوص به خود را دارد كه يكي از راهكارها براي حل مدل­ هاي بهينه­ سازي، الگوريتم­ هاي فراابتكاري مي باشد. هرچه ابعاد مسأله بزرگ‌تر گردد، عملكرد الگوريتم ­هاي فراابتكاري ارتقا مي ­يابد. يكي از الگوريتم ­هايي كه به تازگي توسعه داده ­شده ­است، الگوريتم چرخه ­آب مي­ باشد كه براي يافتن روش‌هاي تعمير و نگهداري بهينه در اين مقاله استفاده گرديده­ است. در اين مقاله، مسأله به دو روش بهينه­ سازي تك تابع هدفه و چندتابع هدفه حل شده است. در حل مسأله به روش تك تابع هدفه، هدف نزديك كردن مقدار شاخص ناهمواري بين ­المللي قطعات به مقدار ايده­ آل و در روش چندتابع هدفه، هدف علاوه بر نزديك كردن مقدار شاخص ناهمواري بين­ المللي به سطح ايده ­آل، كمينه ­كردن مقدار دي اكسيد كربن آزاد شده نيز مي ­باشد. در اين مدل بهينه ­سازي، علاوه بر شرايط عملكردي معمول و محدوديت هاي بودجه ­ها، يك محدوديت مهم ديگر نيز لحاظ شده است كه در آن تغييرات هزينه ­هاي كل تعمير و نگهداري سالانه نبايد از يك محدوده از پيش تعيين شده تجاوز كند. مطالعه ­ي موردي اين مقاله، يك شبكه واقعي راه شامل 79 قطعه مي­ باشد. نتايج حاكي از آن است كه الگوريتم چرخه ­آب، در يافتن روش تعمير و نگهداري بهينه، عملكرد خوبي را از خود نشان داده است. به عنوان نتيجه، مدل چندتابع هدفه %2/47 ميزان انتشار گاز دي­اكسيد كربن را كاهش مي ­دهد. همچنين واريانس مقدار كمينه و بيشينه بودجه در دوره­ي تحليل كمتر از 20% مي ­باشد.

Choosing an appropriate strategy to maintain pavements has become a significant concern. Recently, pavement agencies tackle large-scale networks, which makes the problem complicated. To prevail in this complexity, utilizing metaheuristic algorithms can be an ideal approach. By increasing the dimension of the problem, the competency of metaheuristic algorithms is by far enhanced. To this end, the water cycle algorithm is applied to solve the problem. In this investigation, two models, including single objective optimization and multi-objective optimization, are taken into consideration. In the single-objective model, the minimization of the network International Roughness Index (IRI) is considered as the objective function. In multi-objective optimization modeling, minimization of the network International Roughness Index and embodied CO2 emission are taken into account simultaneously. Furthermore, a new constraint is considered in the model, which leads to restricting the budget fluctuation in different years of the analysis period. A network, including 79 segments, is the case study of this investigation. The results reveal that the water cycle algorithm is highly qualified to solve the pavement maintenance and rehabilitation problem. According to the results, multi-objective optimization reduces the CO2 emission by 47.2% compared with single-objective modeling. Furthermore, the variation of minimum and maximum costs is less than 20% in the planning horizon.