دانلود رایگان ترجمه مقاله مشکل برنامه ریزی حمل و نقل آبی (ساینس دایرکت – الزویر 2018)

خوب (جهت ترجمه های دانشگاهی و پژوهشی)

حوزۀ مطالعاتی: رود یانگ تسه
در حالی که این مقاله گرایش به تدوین و فرموله کردن دارد به نظر می رسد داشتن کاربرد خاص همان طور که در این بخش توضیح داده می شود دارای اهمیت می باشد.

2.1 تنظیمات پایه
دهانۀ رود یانگ تسه، یکی از مناطق حیاتی در چین برای حمل و نقل است (Notteboom, 2007;Comtois and Dong, 2007 را ببینید). بندر شانگ های واقع در چین، بندر اصلی کشتی های کانتینر است که میانگین رشد 16.5 درصدی کشتی های کانتینر را در سال 2010 (Yap and Lam, 2013) داشته است و یکی از بزرگترین گردش های مالی را در سال های اخیر (UNCTAD, 2014) داشته-است. در شکل 1، نقشۀ جغرافیایی دهانه، نشان داده شده است که چندین آبراه مانند آبراه عمیق که به عنوان مسیر شمال، مسیر جنوب، آبراه شاخۀ شمالی و مسیر شاخۀ جنوبی را شامل می شود. از تمام این ها، مسیر شمال و جنوب، مهم ترین هستند زیرا آن ها ورودی به پایانه های وایگاوکیو می باشند. مسیر شمال که هم چنین مسیر دهانۀ عمیق یانگ تسه نامیده می شود 12.5 متر عمق دارد و جز سه پروژۀ پیچیده و مقیاس بزرگ ذکر شده در بالاست. عرض مسیر شمالی، اندکی بیشتر از 80 متر است که تا حد زیادی محدودیت های ظرفیت این مسیر را دارد. با این وجود، به عنوان یک مسیر آبی دو طرفه در نظر گرفته می شود. از سوی دیگر، مسیر جنوبی، عمق 5.5 متر دارد و عرضش 250 متر است که به اندازۀ کافی برای حرکت دو کشتی کافی است.
روش های منظم که کشتی ها باید برای عبور در طول مسیرهای شمالی و جنوبی داشته باشند با استفاده از شکل 2 توصیف می شود. مسیرها به دو معبر تقسیم می شوند که هر مسیر برای عبور دو کشتی در جهت های عکس یکدیگر می باشد. این مورد، به عرض عمق و شرایط وابسته به زمان، بستگی دارد. دو حوزه وجود دارد: یعنی لنگرگاه بیرونی و لنگرگاه اسکله؛ برای کشتی ها به منظور انتظار برای شرایط جزر و مدی یا اگر لازم باشد گردش در مسیر. علاوه بر این، برای اختصاص مسیر به کشتی ها، آن ها درفت ها را یعنی کشتی های کوچک (تا 7 متر) یا کشتی های بزرگتر (بیش از 7 متر) دسته بندی کردند. بسته به نوع کشتی، روش ورود و عبور اختصاص یافته با فلوچارت نشان داده شده در شکل 3 مشخص می شود. برای کشتی های کوچک، آن ها در ابتدا، مجبورند تا در لنگرگاه بیرونی صبر کنند و سپس از طریق مسیر آبراه با محدودیت های کمتر بروند. پس از آن، آن ها در لنگرگاه بندر برای پهلوگیری منتظر می مانند. هنگامی که اسکلۀ اختصاص داده شده در دسترس قرار گیرد، آن ها محموله را بارگیری یا تخلیه می کنند. به محض این که آن ها عملیات حمل و نقل را تمام کردند، مجبورند تا در لنگرگاه بندر در منطقه ای برای مدت زمان مناسب منتظر بمانند تا اگر نیاز است ترک دهانه انجام شود. روش مورد استفاده برای کشتی ها بزرگ تا حدی ساده تر ادامه پیدا می کند. کشتی های بزرگ که می خواهند به بندر شانگهای دسترسی داشته باشند از طریق مسیر شمال وارد می شوند چون مسیر جنوب، به اندازۀ کافی برای عبور آن ها عمیق نیست. پس از آن که آن ها سرانجام بعد از انتظار در لنگرگاه بیرونی عبور کردند، مستقیماً به اسکله برای بارگیری و تخلیه اقدام می کنند. آن ها برای عزیمت آماده هستند، مدیران پایانه ها مجبورند تا مناسب ترین زمان را برای عزیمت آن ها مشخص کنند. در این راستا، کشتی ها مجبورند تا در اسکله بمانند تا زمان مناسب فرارسد.
در ادبیات مربوط، اکثر کارها دربارۀ آبراه ها در چین بر ارزیابی ظرفیت با استفاده از رویکردهای شبیه سازی تمرکز دارند. Deng et al. (2011) روش های ریاضی با استفاده از تئوری صف و روش های تجربی توسط تمرین کنندگان برای محاسبۀ ظرفیت آبراه ها معرفی کردند. مدل های Liu et al. (2008) and Ning et al. (2008) برای شبیه سازی مسیر کشتی ها، ویژگی های متفاوتی را در نظر می گیرد که برای منعکس شدن در مدل ریاضی مشکل هستند. Yang et al. (2008) مدل شبیه سازی را برای محاسبۀ ظرفیت مسیر عمیق دهانۀ یانگ تسه توصیف کردند و ظرفیت آن را تا 2024 پیش بینی کردند. این مدل، چندین فاکتور مانند شرایط جغرافیایی، شرایط آب و هوایی و زمان کنترل ترافیک و غیره را در نظر می گیرد. Zhou and Hu (2004)، تحقیق توالی کشتی هایی که از مسیر شمالی دهانۀ یانگ تسه می گذرند را انجام دادند. به ترتیب الویت ها برای کشتی های مختلفی جهت عبور، روش سلسله مراتبی (AHP) برای در نظر گرفتن فاکتورهای مختلف موثر بر الویت کشتی ها در عبور از آبراه به کار برده شده است.
مطالعۀ عمیق این بررسی مختصر مرور ادبیات به ضرورت ساخت DSS برای کمک به سروسامان دادن به برنامۀ کشتی ها برای عبور از آبراه های دهانۀ یانگ تسه، اشاره دارد. بنابراین، یکی از اهداف این کار این است که یک راه حل مفهومی از ترکیب تجربۀ کارکنان و مدل های ریاضی پیشنهاد کرده و بخش مهمی از DSS را که می تواند برنامۀ کشتی را کنترل کند ارائه دهد.

2.2 تأثیر جزر و مدی
همان طور که در مطالعۀ انجام شده توسط Du et al. (2015) دیده می شود در تعدادی از بندرها، اثر جزر و مدی (افزایش طبیعی سطح دریا) تأثیر مهمی در برنامه ریزی کشتی ها، زمان دسترسی به بندر هنگامی که زمان های انتظار طولانی تر است وجود دارد که هم از نظر عملیاتی و هم از نظر زیست محیطی فشار وارد می-شود. این مورد در بندر شانگهای جایی که جزر و مدها بر عمق آبراه ها تأثیر می گذارد اتفاق می افتد. در طول دو قله جزر و مد روزانه، عمق آب از آبراه تا حد زیادی افزایش خواهد یافت. به عنوان مثال، در پایین جزر و مد، درفت می تواند به مسیر شمالی که 11 متر است دسترسی داشته باشد اما در اوج جزر، آن تا نزدیک 13 متر تغییر می کند. این امر به این دلیل که تفاوت آشکاری بین نسل سوم و چهارم خطوط کانتینر وجود دارد در نظر گرفته می شود.
برای داشتن مزایای مناسب وضعیت جزر و مدی در دهانۀ یانگ تسه، کسی باید الگوهای رفتاریش را پیش-بینی کند. در این تحقیق، برای پرداختن به این موضوع، داده های جزر و مدی از سه نقطه مشاهده که Ji Gujiao, Chang Xing and Zhong Jun هستند در نظر گرفته می شود. این سه نقطه توسط کارشناسان جغرافیای و کنترل کننده های برنامه ریز باتجربۀ کشتی پیشنهاد می شود. این نقاط، مشارکت کننده های زیادی برای تعیین این که آیا کشتی می تواند از آبراه با در نظر گرفتن جزر عبور کند یا خیر را در نظر گرفته است.
با توجه به شرایط جزر و مدی، موضوعات پیچیدۀ مسألۀ برنامه ریزی کشتی آبراه در یانگ تسه، جدی تر هم می شود. به علاوه، در این شرایط، بسیاری از زمان تقریبی ورود (ETA) و زمان تخمین زدۀ خروج (ETDs) می تواند به دلیل درست در نظر گرفتن زمان درست جزر و مد، شکست بخورد. که منجر به افزایش حجم کار کنترل برنامۀ کشتی می شود به طوری که مجبور به چک کردن و بهبود برنامۀ اصلی گزارش شده از شرکت-های حمل و نقل هستند. این یکی از انگیزه های توسعه در DSS است که اپراتورها را برای ارائۀ برنامه های زمانی شدنی با شرایط وابسته به زمان حمایت می کند.

3. فرموله کردن مسأله
مسألۀ برنامه ریزی زمانی آبراه کشتی (WSSP) مجموعه ای از وسایل یا کشتی ها V={1,…,v} را در نظر می گیرد که به مجموعۀ کشتی های ورودی V_1={1,2,…,v_1 } و کشتی های خروجی V_2={1,2,…,v_2 }، مجموعۀ مسیر های آبراه w={1,…,w} و مجموعۀ بازه های زمانی H={1,…,h} تقسیم می شوند. از آن جا که این مسأله، مسألۀ عملیاتی روزانه است، افق زمانی را یک روزه و تغییر سطح جزر و مد را نیز در طی این بازۀ زمانی در نظر می گیریم. علاوه بر این، در WSSP برای هر کشتی i∈{V_1∪V_2 }، زمان تخیمنی برای ورود به بندر داده شده است، Estimated Time of Departure، ETD_i، که w_i عرض، l_i طول، d_i درفت و بسته به تخصیص آبراه k∈w، t_ik زمان عبور می باشد. از سویی دیگر، هر آبراه k∈w بازۀ زمانی در دسترس [s^k,e^k ]، عرض ϕ_k، عمق آب α_k^h که به بازۀ زمانی h∈H بستگی دارد. تابع هدف WSSP، تعیین برنامۀ شدنی برای کشتی هایی است که مجبور به دسترسی/ عزیمت به بندر از طریق آبراه ها را دارند به طوری که زمان انتظار کشتی ها پس از ورودشان حداقل شود و بنابراین کل زمان مورد نیاز برای کشتی ها که از آبراه عبور کنند حداقل شود. در این نقطه باید ترافیک ورودی و خروجی در طول آبراه شبیه سازی شود به طوری که محدودیت های مدل، برقرار شوند. فرضیات این مسأله به صورت زیر توصیف می شود:
(الف) هر کشتی i∈{V_1∪V_2 } می تواند تنها پس از ورودش در زمان ETA_i برنامه ریزی شود و از طریق آبراه تا زمانی که زمان عزیمتش ETD_i برسد برود.
(ب) هر کشتی i∈{V_1∪V_2 } می تواند تنها به آبراه k∈w تخصیص داده شود پس از آن که در زمان s^k در دسترس قرار می گیرد و در مدت زمان تا e^k در دسترس قرار ندارد.
(ج) درفت کشتی d_i ، i∈{V_1∪V_2 } باید در عمق ترین جای آب از آبراه تخصیص داده شده باشد α_k^h، k∈w، h∈H.
(د) زیرمجموعه ای از کشتی های ورودی و خروجی، V^’∈{V_1∪V_2 }، می توانند مسیر آبراه k∈w را به صورت همزمان طی کنند اگر جمع عرضشان به علاوۀ فاصلۀ امن مناسب، بزرگتر از عرض آبراه k∈w نباشد. یعنی، ∑_(i∈V^’)▒w_i ≤ϕ_k اگر فاصلۀ اطمینان، نادیده گرفته شود. (در غیراینصورت ممکن است داده ها برای تعریف w_i نامناسب باشند.)
مدل کردن این مسأله می تواند ایده هایی را از مدل کردن مسأله های مسیر حمل و نقل بگیرد، منظور مسألۀ Multi-Depot Vehicle Routing، است؛ (Hartl et al., 2006; Golden et al., 2008) را ببینید. در این مدل ریاضی، تمام معیارهای زمانی، عدد صحیح در نظر گرفته می شوند. بنابراین، افق زمانی به بازه های زمانی گسسته تقسیم می شود.