توصيفگر ها :
كشف تخلفات اضافه بار , مكان يابي جذب جريان , حمله به شبكه , كوتاه ترين مسير , برنامه ريزي دو سطحي
چكيده فارسي :
چكيده
يكي از مهمترين دغدغههاي شهرداريها در كنترل ترافيك و كاهش هزينهها، ايجاد زيرساختهاي مناسب از قبيل جادهها و حفظ آنها به ويژه در كلانشهرها ميباشد. جهت حفظ و نگهداري اين زيرساختها شهرداريها مبادرت به وضع قوانيني در خصوص هدايت اين خودروها به حلقههاي خارج از شهر و همچنين تعيين وزن مجاز براي عبور انواع خودروهاي باري بر اساس مشخصات خودرو مينمايند. ولي شركتهاي حمل و نقلي كه بخش عمده بار ترافيكي خودروهاي سنگين در طول جادهها را به خود تخصيص ميدهند به منظور استفاده حداكثري از ظرفيت ناوگان موجودشان و كسب سود بيشتر، از اين قوانين تخطي كرده و معمولا بيشتر از ظرفيت مجازشان مبادرت به بارگيري مينمايند و اين موضوع، منجر به افزايش ميزان خسارت وارده به رويهي جادهها و بالا رفتن هزينه تعميرات و نگهداري زيرساختهاي شهري ميشود. شناسايي وسايل نقليه متخلف و تحميل جريمه به آنها ميتواند به شدت اين تخلفات را كاهش داده و ضمن كاهش هزينههاي تعمير و نگهداري اين تسهيلات، عمر زيرساختهاي شهري را افزايش داده و همچنين، هزينه تعميرات و نگهداري وارده را از محل اخذ جريمه از خودروهاي متخلف، جبران نمايد.
به منظور توزين خودروهاي در حال حركت و تشخيص متخلف بودن آنها، بدون نياز به توقف خودروها و ايجاد بار ترافيكي مازاد در ايستگاههاي توزين مستقر در سطح جادهها، معمولا از حسگرهاي ثابتي كه قابليت توزين خودكار خودروهاي در حال حركت را دارد استفاده ميشود. هزينه بسيار بالاي اين حسگرها، باعث شده است پوشش كامل مسيرها توسط حسگرهاي توزين بار براي شهرداريها ممكن نباشد و از اين رو استفاده از گشتهاي سيار در طول مسير كه قابليت جابجايي در طول دورههاي متوالي دارند در دستور كار شهرداري قرار بگيرد. از اين رو، تعيين محل بهينه حسگرهاي ثابت و برنامهريزي گشتهاي سيار در طول افق برنامهريزي، به گونهاي كه بيشترين ميزان خودروهاي داراي اضافه بار عبوري از اين حسگرها جذب و شناسايي شوند، از اهميت بالايي برخوردار است. از سوي ديگر، رانندگان اين خودروها به منظور كسب بيشترين سود ممكن، به دنبال يافتن مسيرهايي با هزينههاي پايينتر هستند و تلاش ميكنند تا علاوه بر كمينه كردن هزينه حمل و نقل، با اطلاع از محل حسگرهاي نصب شده، تا حد امكان توسط سيستمهاي توزين شناسايي نشوند و متحمل پرداخت جريمه كمتري شوند. در نظر گرفتن واكنش منطقي رانندگان حين تصميمگيري در مورد محل استقرار سيستمهاي توزين ثابت و متحرك، منجر به اتخاذ تصميمات بهتر و ارتقاي عملكرد شهرداريها در شناسايي و كنترل اين خودروها ميشود. در اين تحقيق، سعي شده است تا مكانيابي سيستمهاي ثابت و متحرك به صورت همزمان و در قالب يك مدل رياضي دوسطحي مورد بررسي قرار گرفته است.
تعارض شكل گرفته بين دو بازيكن، با رويكرد حمله به شبكه و در قالب يك مدل رياضي دوسطحي كه تحت عنوان بازي استكلبرگ شناخته ميشود، قابل مدلسازي است. در سطح بالا، مديران شهري به عنوان مهاجم، در مورد بهترين مكانها براي نصب سيستمهاي توزين بار ثابت و متحرك تصميم ميگيرند تا حداكثر جريان خودروهاي باري داراي اضافه بار را كشف كنند. از سوي ديگر، شركتهاي توزيع كالا سعي در يافتن مسير داراي كمترين هزينه بين تمام جفت مبادي-مقاصد مورد نظر در شبكه دارند.
هدف مدل رياضي ارائه شده، پيدا كردن نتايج تعادلي براي بازيكنان موجود در شبكه است به صورتي كه هر يك از بازيكنان، ديگر تمايلي به تغيير استراتژي خود نداشته باشند. مدل دوسطحي موجود از نظر پيچيدگي به دليل وجود مسئله سطح پايين مسيريابي، Np-Hard بوده و از اين رو به منظور حل اين مسئله، الگوريتم تودرتويي توسعه داده ميشود كه در سطح بالا، مديران شهري با پيشبيني كوتاهترين مسيرهاي انتخابي توسط رانندگان، بهترين استرتژي ممكن براي مكانيابي سيستمهاي ثابت و متحرك را با استفاده از الگوريتم ژنتيك، پيدا ميكنند و سپس، رانندگان با مشاهده محل استقرار سيستمهاي توزين بار ثابت و متحرك، كوتاهترين مسيرهاي ممكن كه مجموع هزينه توزيع و جريمه كمتري براي آنها به همراه دارد را با استفاده از الگوريتم دايجسترا به دست ميآورند. اين رفتار متقابل در قالب يك الگوريتم تودرتو تكرار ميشود و مرز پارتوي مناسبي براي دو بازيكن به دست ميآيد كه از استراتژيهاي تعادلي نامغلوب براي بازيكنان تشكيل شده است.
با مقايسه نتايج حاصل از پيادهسازي الگوريتم بر روي نمونههاي تصادفي توليد شده در اندازههاي مختلف، با نتايج حاصل از الگوريتم تمامشماري، كارايي و اثربخشي الگوريتم براي مسائل با ابعاد كوچك نشانداده شدهاست. علاوه بر اين، با اجراي الگوريتم براي مسائل با ابعاد متوسط و بزرگ و محاسبه معيارهاي منطقي بودن مستقيم و موزون، مشخص ميشود كه الگوريتم توسعه داده شده ميتواند به پاسخهاي تعادلي منطقي دست يابد.
چكيده انگليسي :
Abstract
The main challenge cities face when controlling traffic and saving money is creating new highways and keeping them operating well especially in large cities. The urban authorities use vehicle regulations and weight limits for freight vehicles across all areas to protect their essential infrastructure. The government pays heavily to maintain roads from freight vehicles that travel with oversized loads without permits. Manufacturers make these vehicles to handle a specific amount of cargo at once. The allowed vehicle weight spreads evenly across the axles to help protect both the axles and the roads from damage. Many transportation companies who operate heavy vehicles along these roads break the rules by pushing their fleet limits to save money. These unauthorized drivers aim to go faster or take shorter routes by breaking rules, leading to costlier road damage and infrastructure repairs. When authorities find vehicles breaking these rules and penalizing them, it helps maintain roads and makes municipal infrastructure last longer. The money earned from vehicle fines helps pay for road repair and maintenance work.
The road-located weighing stations use sensors that automatically measure vehicle weight in motion to capture violations without slowing down traffic. These costly sensors make it impossible for local departments to put them on every route for monitoring purposes. Local authorities should first put resources into deploying mobile patrol units that work specific routes throughout multiple timeframes. Planning must prioritize the best positions for stationary sensors alongside mobile patrols to find all overloaded vehicles passing through these detection points.
On the other hand, in order to gain the most possible profit, drivers of these vehicles are looking for routes with lower costs and are trying to minimize transportation costs, by knowing the location of the installed sensors, they are not detected by weighing systems as much as possible and incur fewer fines. Considering the logical reaction of drivers when deciding on the location of fixed and mobile weighing systems will lead to better decisions and improve the performance of municipalities in identifying and controlling these vehicles.
Stackelberg games and network attack methods make a useful framework for modeling the competition between two participants. Urban administrators select the best spots to put load-weighing systems in place to find out where overloaded cargo vehicles move through most often. Logistics distribution companies explore the lowest cost path between every pair of their desired destinations in their network. We developed a nested meta-heuretic algorithm to find the perfect balance between what the two parties want to achieve.
The goal of the proposed mathematical model is to find equilibrium outcomes for players in the network such that each player has no incentive to change their strategy. The existing bi-level model is NP-Hard in terms of complexity due to the presence of a lower-level routing problem. Therefore, to solve this issue, a nested algorithm is developed. At the upper level, urban managers, by predicting the shortest paths chosen by drivers, find the best possible strategy for locating fixed and mobile systems using a genetic algorithm. Subsequently, drivers, by observing the locations of fixed and mobile weighing systems, determine the shortest possible routes that incur the least total distribution cost and penalties using Dijkstra's algorithm. This interactive behavior is repeated in the form of a nested algorithm, resulting in a suitable Pareto frontier for the two players, which consists of equilibrium strategies that are not dominated for the players.
