Βέλτιστος σχεδιασμός δικτύου αστικών συγκοινωνιών ηλεκτρικών οχημάτων με χρήση ευέλικτης μαθηματικής προσέγγισης

Abstract

Η εργασία αποσκοπεί στο βέλτιστο σχεδιασμό αστικού λεωφορειακού δικτύου, δηλαδή των γραμμών, των συχνοτήτων τους και του είδους οχημάτων που λειτουργούν σε κάθε μία, όταν διατίθενται τόσο συμβατικά όσο και ηλεκτρικά λεωφορεία. Η αντικειμενική συνάρτηση περιλαμβάνει την ελαχιστοποίηση του κόστους του φορέα, του κόστους χρήστη και του εξωτερικού κόστους. Οι περιορισμοί διασφαλίζουν ότι τα μήκη, οι συχνότητες και τα απαιτούμενα οχήματα κυμαίνονται εντός των επιτρεπτών ορίων και παράλληλα ελέγχουν τη μορφολογία και τη λειτουργία των γραμμών. Από την επίλυση, η οποία πραγματοποιείται με γενετικό αλγόριθμο, προκύπτει ότι η εξυπηρετούμενη ζήτηση μειώνεται δραματικά όταν μειωθεί η επιπλέον απόσταση που είναι διατεθειμένοι να βαδίσουν οι επιβάτες. Επιπλέον, η ταχύτητα κίνησης των οχημάτων επηρεάζει το μέσο χρόνο διαδρομής και το μέγεθος του απαιτούμενου στόλου. Επίσης, οι εκπεμπόμενοι ρύποι μεταβάλλονται ανάλογα με την ταχύτητα κίνησης και το πλήθος των χρησιμοποιούμενων σταθμών, το οποίο εξαρτάται από τη δομή του δικτύου. Οι αυστηρές προϋποθέσεις διέλευσης ηλεκτρικών οχημάτων οδηγούν σε μειωμένη ποσοστιαία συμμετοχή τους στο στόλο, η οποία αυξάνεται με την αύξηση των σταθμών φόρτισης. Τέλος, οι βασικές διαφοροποιήσεις της εργασίας από παλαιότερες έρευνες αφορούν στην ποσοτικοποίηση των εκπεμπόμενων ρύπων και κατ’ επέκταση στη δυνατότητα ενσωμάτωσης στο πρόβλημα των παραγόντων από τους οποίους εξαρτώνται, στις ειδικές απαιτήσεις χρησιμοποίησης των ηλεκτρικών λεωφορείων (ύπαρξη σταθμού φόρτισης στο άκρο της γραμμής) και στον έλεγχο της μορφολογίας των γραμμών χωρίς να προηγηθεί προκατασκευή τους.

This thesis focuses on the optimal design of an urban bus network, i.e. bus routes, their frequencies and the type of buses operating in each one, given the availability of conventional and electric buses. The objective is to minimize operator cost, user cost and external cost. The constraints ensure that length, frequency and fleet values all lie within limits and at the same time they control route morphology and operation. We used our methodology by utilizing a genetic algorithm on a prototype network. The results indicate that satisfied demand decreases dramatically when extra access and egress distance that passengers are willing to walk are decreased. Furthermore, vehicle speed affects both the average route time and the number of vehicles required. Pollutants depend on vehicle speed and on the number of charging stations used, which in turn depends on the structure of the network. In addition, the percentage of electric vehicles in the fleet is lower compared to conventional ones because of the strict conditions that have to be met for their use but increases when extra charging stations are added. The thesis differs from previous studies in the quantification of pollutants and thus the possibility to integrate factors that emissions depend on, in the use of electric vehicles which require a charging station in at least one terminal of each line they serve and also in the way that route morphology is controlled without construction of specific routes a priori.