simulation-optimization
در نشریات گروه عمران-
در این تحقیق برای نخستین بار بهینه سازی فعالیت های مدیریت پیامد در شبکه توزیع آب شهری با رویکرد کاهش زمان بهینه سازی و مبتنی بر ظرفیت آرشیو مورد توجه قرار گرفته است. در این تحقیق از روش تلفیقی شبیه سازی-بهینه سازی برای مدیریت پیامد و از مدل شبیه سازی EPANET و الگوریتم بهینه سازی NSGA-II بر مبنای آرشیو استفاده شده است. دو تابع هدف به ترتیب به منظور حداقل کردن تعداد فعالیت های واکنشی (کاهش هزینه ها) و حداقل کردن جرم آلودگی مصرف شده توسعه داده شده است. تعداد 20 شیر قطع و وصل و 31 شیر آتش نشانی به ترتیب برای ایزوله کردن شبکه و تخلیه آلودگی در نظر گرفته شده است. بدون انجام برنامه مدیریت پیامد، در صورت بروز آلودگی در شبکه مقدار کل جرم آلودگی مصرف شده 81/3 کیلوگرم خواهد بود. با استفاده از 15 فعالیت واکنشی جرم آلودگی مصرف شده به 60/6 کیلوگرم رسیده است. برای استخراج فعالیت های بهینه بین این اهداف با NSGA-II رایج و حداکثر 15 فعالیت در حدود 73 دقیقه زمان نیاز است. به منظور کاهش این زمان و فراهم آوردن امکان انجام مدیریت پیامد در زمان واقعی از الگوریتم NSGA-II بر مبنای آرشیو نیز استفاده شده است. با استفاده از ظرفیت آرشیو، امکان عدم اجرای مدل شبیه سازی برای کروموزوم های مشابه فراهم می گردد. رویکرد پیشنهادی برای ظرفیت آرشیو با تعداد صفر، 100، 200، 500، 1000، 2000، 3000، 4000 و 5000 نشان می دهد که به طور کلی با افزایش جمعیت آرشیو از صفر به 5000، زمان استخراج منحنی تعامل بین اهداف از 73 به 35 دقیقه کاهش می یابد که حاکی از کاهش بیش از 50 درصدی است. نتایج نشان می دهد که در صورت انتخاب مقدار کوچکی برای ظرفیت آرشیو، به عنوان مثال، تعداد 50 یا 100، زمان مورد نیاز برای استخراج فعالیت های بهینه اندکی نسبت به حالت مبنا افزایش می یابد. دلیل این موضوع آن است که در صورت انتخاب مقدار کوچکی برای ظرفیت آرشیو، بخشی از زمان اجرای مدل شبیه سازی- بهینه سازی صرف پیدا کردن کروموزوم های مشابه خواهد شد و با توجه به ظرفیت کم آرشیو، افزایش زمان مورد نیاز برای استخراج کروموزوم های مشابه بیشتر از تاثیر کاهش زمان استفاده از ظرفیت آرشیو است. بر این اساس، با استفاده از ظرفیت آرشیو، امکان کاهش زمان بهینه سازی و مدیریت پیامد در شبکه در زمان واقعی فراهم می گردد.
کلید واژگان: مدیریت پیامد، شبکه آب شهری، شبیه سازی- بهینه سازی، ظرفیت آرشیوIn this research, for the first time, finding the optimal operation actions in WDN to decrease the optimization time is taken into consideration. Valve(s) and hydrant(s) are also employed for isolating and flushing the contamination out of the network. The proposed embedded simulation-optimization approach for consequence management in this study is compromised EPANET simulation model and archive-based non-dominated sorting genetic algorithm-II (NSGA-II). Two objective functions are considered in this paper. The first objective function, minimized numbers of field operational actions related to expenses of the optimal solutions, whereas the other one minimized “consumed contamination mass” take into account for public health and safety. 20 valves and 31 hydrants are designed to insulate the network and discharge pollution, respectively. Without a follow-up management program, the total amount of contamination consumed in the event of network contamination would be 81.3 kg. Using 15 reactive activities, the mass of contamination consumed has reached 60.6 kg. For extracting the Pareto front between these objective functions with general NSGA-II which is a constraint to a maximum of 15 operational actions, approximately 73 minutes is required. To decrease this optimization time, archive-based NSGA-II is taken into account. With an archiving concept, it is possible to not implement a simulation model for similar chromosomes. Sensitivity analysis on the archive capacity of 0, 100, 200, 500, 1,000, 2,000, 3,000, 4,000, and 5,000 chromosomes has been investigated. As an example, with an increase in archive capacity from 0 to 5000, the required time for extracting the optimal Pareto front is reduced from 73 to about 35 minutes, indicating a decrease of more than 50%. The results showed that if a small amount is selected for the archive capacity, for example, 50 or 100, the time required to extract optimal activities increases slightly relative to the base state. The reason for this is that if a small amount is selected for the archive capacity, part of the implementation time of the simulation-optimization model will be spent on finding similar chromosomes, and due to the low capacity of the archive, t is time to use the archive capacity. Using the archive, it is possible to reduce the time optimization and consequence management of the network in real-time operation.
Keywords: Consequence Management, Water Distribution Network, Simulation-Optimization, Archive Capacity -
Scheduling of the Shuttle Freight Train Services for Dry Ports Using Multimethod Simulation–Optimization Approach
This paper introduces a simulation–optimization method for addressing scheduling problems for shuttle freight trains (SFTs) in a shared railway corridor between a seaport and dry port. We use dispatching delays for scheduling the SFT trips so as to not disturb the existing scheduled regular train (SRT) paths. The method employs a multi-method microscopic simulation model and an optimization framework. A swarm-based optimization algorithm is used for finding the best dispatching delays to preserve SRT paths. The method is demonstrated for a railway corridor between the Alsancak seaport and a close-distance dry port. The railway corridor is modeled using a simulation model considering single and double railway tracks, stations, and schedules. By running the simulation–optimization, the SFT freight transport capacity and the quality of the SFT and SRT operations were compared using key performance indicators (number of completed trips and station stops, average trip delay, and average station delay) addressing the throughput and punctuality after the application of dispatching delays. The results show that, by preserving the existing SRT paths, freight transport capacity decreased by 11.1% (from 18 to 16 completed SFT trips) and 13.8% (from 36 to 31 completed SFT trips) for single and couple SFT scenarios, respectively. The methodology also decreased the average SFT station delays by 45.2% and 45.6% for the single and couple SFT scenarios comparing with the unoptimized SFT trips. However, the number of SFT station stops increased by 12.5% and 57.1% for the single and couple SFT scenarios for prioritizing the SRTs. Also after the optimization, the average SFT trip delays decreased by 30.7% and 0.58% for the single and couple SFT scenarios. This study successfully demonstrates that the proposed method can be used for scheduling the SFT trips inside a congested railway corridor and can be implemented as a capacity assessment tool for cyclic SFT service using a series of key performance indicators addressing throughput and punctuality.
Keywords: Railway capacity, Corridor analysis, Shuttle train, Simulation optimization, Dry port -
در دهه های اخیر تقاضا برای آب بویژه در مناطق خشک و نیمه خشک افزایش یافته است و باعث افزایش بهره برداری از این منابع شده است. منابع آب زیرزمینی از منابع مهم تامین آب برای مصارف در بخشهای مختلف از جمله شرب، صنعت و کشاورزی است. امروزه استفاده بیش از حد از منابع آب زیرزمینی، فشارهای وارده بر این منابع را افزایش داده و پیامدهای محیطزیستی جبران ناپذیری را سبب شده است. در این مطالعه از یک مدل نظریه بازی همکارانه جهت بررسی نحوه همکاری میان بهره برداران از منابع آب زیرزمینی با هدف مطالعه خسارت محیط زیستی و سود ذینفعان استفاده شده است. مدل استفاده شده در این مطالعه برای بررسی یک مسئله کنترل بهینه شامل مباحث اقتصادی، محیط زیستی، کشاورزی و متغیرهای هیدرولوژیکی توسعه داده شده است. جهت تعریف و حل مسئله شبیه سازی - بهینه سازی بصورت منعطف تر در این مطالعه، از روش بهینه سازی جامعه مورچه ها استفاده شده که امکان تمرکز بر گستره متنوع تری از اهداف و قیود را فراهم می نماید. نتایج نشان می دهد که چگونه برداشت های بی رویه و کنترل نشده در هر آبخوان بر روی سایر ذ ینفعان از منابع آب زیرزمینی که در مجاورت آن آبخوان قرار گرفته اند، تاثیر می گذارد. همچنین، اثرگذاری بر روی اکوسسیتم های آبی نیز مورد بررسی قرار گرفته و نتایج آن به صورت خسارت محیط زیستی ارائه شده است. نتایج مطالعه نشان می دهد که در حالت تشکیل ائتلاف و همکاری موثر میان ذینفعان در نواحی مختلف و در نظر گیری پیامدهای محیط زیستی، خسارات محیط زیستی نسبت به شرایط وضع موجود کاهش می یابد.کلید واژگان: مدیریت منابع آب زیرزمینی، رویکرد همکارانه، شبیه سازی، بهینه سازی، پیامدهای محیط زیستی، نظریه بازیIn the recent decades, water demand has been increased specially in arid and semi-arid areas, led to the over-exploitation of water resources. Groundwater resources are important sources of water supply for domestic, industrial and agricultural consumption. Nowadays, over-exploitation from groundwater resources has increased the pressure on these sources which causes the major environmental damages. In this study, a cooperative game theory model is used to investigate how the cooperation of groundwater resources consumers influences the environmental damage and the benefit of stakeholders. The used model in the present study is developed for investigation of an optimal control problem including the variables of economic, environmental, agronomic, and hydrologic issues. Ant colony optimization method is used to flexible define and solve the simulation-optimization problem of this study which provides an ability to consider an extensive range of objectives and constraints. The results show that how uncontrolled pumping and over-exploitation in each aquifer affect on the stakeholders of the adjacent aquifers. Furthermore, the impacts on aquatic ecosystems are analyzed and presented as environmental damages. The obtained results demonstrate that in different areas, environmental damages are reduced under the coalition and effective cooperation condition among stakeholders and considering the environmental externalities in comparison with status quo.
In the recent decades, water demand has been increased specially in arid and semi-arid areas, led to the over-exploitation of water resources. Groundwater resources are important sources of water supply for domestic, industrial and agricultural consumption. Nowadays, over-exploitation from groundwater resources has increased the pressure on these sources which causes the major environmental damages. In this study, a cooperative game theory model is used to investigate how the cooperation of groundwater resources consumers influences the environmental damage and the benefit of stakeholders. The used model in the present study is developed for investigation of an optimal control problem including the variables of economic, environmental, agronomic, and hydrologic issues. Ant colony optimization method is used to flexible define and solve the simulation-optimization problem of this study which provides an ability to consider an extensive range of objectives and constraints. The results show that how uncontrolled pumping and over-exploitation in each aquifer affect on the stakeholders of the adjacent aquifers. Furthermore, the impacts on aquatic ecosystems are analyzed and presented as environmental damages. The obtained results demonstrate that in different areas, environmental damages are reduced under the coalition and effective cooperation condition among stakeholders and considering the environmental externalities in comparison with status quo.
In the recent decades, water demand has been increased specially in arid and semi-arid areas, led to the over-exploitation of water resources. Groundwater resources are important sources of water supply for domestic, industrial and agricultural consumption. Nowadays, over-exploitation from groundwater resources has increased the pressure on these sources which causes the major environmental damages. In this study, a cooperative game theory model is used to investigate how the cooperation of groundwater resources consumers influences the environmental damage and the benefit of stakeholders. The used model in the present study is developed for investigation of an optimal control problem including the variables of economic, environmental, agronomic, and hydrologic issues. Ant colony optimization method is used to flexible define and solve the simulation-optimization problem of this study which provides an ability to consider an extensive range of objectives and constraints. The results show that how uncontrolled pumping and over-exploitation in each aquifer affect on the stakeholders of the adjacent aquifers. Furthermore, the impacts on aquatic ecosystems are analyzed and presented as environmental damages. The obtained results demonstrate that in different areas, environmental damages are reduced under the coalition and effective cooperation condition among stakeholders and considering the environmental externalities in comparison with status quo.Keywords: Groundwater resources management, cooperative approach, simulation-optimization, Environmental externalities, game theory
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.