مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب) 

2. تنظیمات کنترلی
به طور کلی روش‌های کنترل آنلاین در شکل 1 نشان داده‌شده‌اند. به خصوص، داده‌ها از جهان واقعی اندازه‌گیری شده‌اند، فاکتورهای مرتبطی را که در ادامه بیان می‌شوند را توصیف می‌کنند. این داده‌ها ذاتاً آنلاین هستند و مسائل را از روش‌های آفلاینی که چنین ورودی‌هایی را ندارند متفاوت می‌کنند. این داده‌ها در ماژول‌هایی استفاده می‌شوند که برای کنترل مقررات هستند. اقدامات ورودی برای هر سیستم در زیر شرح داده شده است.
به طور کلی، چنین سیستم هایی دارای چارچوب تکراری شامل تنظیم پیش‌بینی، راه حل در طی زمان‌های طولانی تر و پیش‌بینی مدل کنترلی هستند.

A. اندازه‌گیری داده
داده‌ها را می‌توان اندازه‌گیری کرد و در حالت کلی این داده‌ها شامل موقعیت و زمان [60]، [69]، [71] هستند. برخی از روش‌ها شامل مشخصه‌های سرعت قطار و سرعت جاری و آتی قطار [16] و برخی شامل سرعت هدف (یعنی سرعتی که یک قطار برای رسیدن به هدف مورد نظر باید داشته باشد) [56] هستند. علاوه بر این، زمان‌بندی مجدد در حالت نرمال به دنبال برنامه‌ریزی وضعیت جداول زمانی است تا اطلاعات برنامه‌ریزی‌شده به خوبی قابل انجام باشند. روش‌های کمتری اطلاعات اضافی نظیر تعداد مسافران (در برنامه‌ریزی خطی استفاده می‌گردد) عملکرد قطار و پویایی محیط (برای مشاوره سرعت [2]، [72]) را مورد بررسی قرار می‌دهند. مگر اینکه اختلالات بسیار بزرگی در شبکه رخ داده و به آن آسیب برساند [16]، [46]، [60]، [66].
برای توصیف حالت‌های آینده، روش پویا نیاز به داده‌های فرآیندهای سیستم دارد، مثل پیش‌گویی زمان اجرا، انتظارات بار ورودی و تنوع ورودی‌ها. اطلاعات بیشتر در این زمینه در بخش سوم بررسی خواهد شد.

B. عملیات کنترل
عملیات کنترلی شامل اقداماتی است که در آن یک کنترلر باید ترافیک را تغییر دهد تا به وضعیت مطلوب مشخصی برسد [56]. در عمل (برای مثال [79] را ببینید)، این با انتخاب‌هایی مرتبط است:
1) زمان: تغییر زمان برنامه‌ریزی در نقاط مرجع (سنجش مجدد زمان) معمولاً شامل تنظیم مشخصات سرعت قطار است که تعیین می‌کند قطار باید کندتر یا تندتر حرکت کند [34]، [48] تا تأخیر کاهش یابد [9]، [23]، [38]، [59].
2) سرعت: به‌روزرسانی سرعت رانندگان برای جلوگیری از درگیری احتمالی و صرفه‌جویی در انرژی [2]، [34]، [35]، [39]، [51]، [66]، [73]، [80]. دو هدف ذخیره تأخیر و کاهش انرژی با همدیگر مورد بررسی قرار گرفتند که در تحقیقات [22]، [56]، [59]، [67] نشان داده شده است و همچنین سیاست‌های مدیریت سرعت در [20] بررسی‌شده است.
3) مرتبه: تغییر توالی قطارها به عنوان عملی بحرانی است که ظرفیت زیرساخت قطارها را دچار مشکل می‌کند [3]، [15]، [16]، [23]، [25]، [29]، [44]، [58]، [59]، [66]، [71]، [73]. از لحاظ تاریخی، اغلب محققان به مسئله meet and pass توجه کرده‌اند. مثل، یافتن مکانی که قطارها می‌توانند قبل از تغییر مسیر در آنجا قرار گیرند و مکان‌های بلاک شده برای توقف جهت تغییر مسیر و یا مکان‌های تک مسیری. هر قطاری در یک زمان می‌تواند بین دو مکان حرکت کند [10]، [51]، [60]، [66]، [69]، [74]، [76]، [78]، [81].
4) مسیر محلی در یک منطقه پیوسته پیچیده: تغییر مسیر قطار با قطار مجاور آن که دارای مسیر مشابهی هستند در مکان محلی، مانند تغییر پلتفرم ایستگاه یا مسیر متصل به همان پلتفرم [6]، [16]، [57]، [66]، [71].
5) مسیر جهانی در شبکه: یک محاسبه گر که مسیری جهانی را با توجه به تمام محدودیت‌های ارائه‌شده توسط شبکه بیابد تا به تمامی درخواست‌ها پاسخ داده شود [45]، [64].
6) سرویس: سرویس ها توسط لغو شدن یک قطار، لغو توقف و یا افزودن یک ایستگاه توقف جدید ایجاد می‌گردند.

به طور فزاینده، درجه آزادی اجازه می‌دهد تا بتوانیم راه‌حل‌های بهتری را اما با هزینه پیچیدگی محاسباتی بالاتر ارائه دهیم [79]. به دلیل پیچیدگی بالا، تنها تعداد کمی از روش‌های پویای آنلاین در نظر گرفته‌شده‌اند. بنابراین تعداد کمی از اقدامات برای آدرس‌دهی متفاوت درخواست‌ها ارائه‌شده‌اند. اکثر راه‌کارها، اقدامات کنترلی را به شیوه پی در پی در نظر می‌گیرند که از مسیریابی جهانی شروع می‌شوند. به عنوان مثال، مسیریابی جهانی، می‌تواند برای جلوگیری از مسدود شدن یک منطقه انجام شود. سپس محاسبه گر می‌تواند پس از انتخاب مسیر، به گسترش ظرفیت در ایستگاهی که دچار گلوگاه شده است، بکند [19]. علاوه بر این، فرایندهای مختلفی را می‌توان برای یافتن یک مسیر ممکن برای زمان‌بندی اجرا کرد. به عنوان مثال، فرآیندی که در [6] پیشنهاد شده است که در رقابت با روش [42] ارائه گردیده است. یکی از اشکالات اساسی در رابطه با روش ترتیبی، استفاده از گزینه‌های محدود در هر مرحله از زمان‌بندی است که می‌تواند به طور چشمگیری موجب کاهش عملیات لازم در مرحله دوم گردد. برای پرداختن به این موضوع، مطالعات اخیر روش‌هایی را پیشنهاد کرده‌اند که به طور همزمان تغییر زمان‌بندی را با در نظر گرفتن هدف راه حل انجام می‌دهند [61]، [66]. با توجه به سرعت قطار در عملیات زمان واقعی، بیشتر مطالعات بر روی زمان‌بندی تنها یک قطار تمرکز دارند (نگاه کنید به عنوان مثال، [2] و [51])، و روابط متقابل بین قطارها را که کاملاً پیچیده است، برای مدل‌سازی در نظر نمی‌گیرند.

C. روش‌های حلقه باز
روش‌های حلقه باز (شامل روش‌های ایستای آنلاین جدول 1)، زمان‌بندی مجددی را بر اساس اطلاعات کامل درباره وضعیت جاری زیرساخت، وضعیت قطار و سرعت و پیش‌گویی تأخیر و زمان انتظار رخدادهای آتی ارائه می‌دهند. اغلب روش‌های بهینه‌سازی فرض می‌کنند که تنظیمات ارائه‌شده می‌توانند مسئله را برای همیشه حل کنند [3]، [6]، [10]، [25]، [38]، [44]، [57]، [62]، [66]، [69]، [79] و بنابراین طرح‌های ممکنی را برای اجرا در واقعیت ارائه می‌دهند [16]. مدل های پیشگویی (مثل روش‌های انتشار تأخیر) ترافیکی را که به نوعی در طبقه‌بندی مورد بررسی آن‌ها قرار نگیرد، زمان‌بندی نمی‌کنند [5]، [28]، [34].
شکل 2، روش‌های حلقه باز و حلقه بسته را طبقه‌بندی می‌کنند. در یک کنترل حلقه باز [شکل 2(a) را ببینید]، بهینه‌ساز فقط یک بار با تمام دانشی که در آینده ممکن است رخ دهد، اجرا می‌گردد.
D. روش‌های حلقه بسته
در مقابل، در یک کنترل حلقه بسته، بهینه‌ساز مکرراً در زمان‌هایی مثل T1، T2، T3، …، TN، هر بار که وضعیت ترافیک مورد انتظار و ترافیک واقعی تغییر می‌یابد، زمان‌بندی مجدی را انجام می‌دهد. ترافیک مورد انتظار در زمان ti + 1 بستگی به ترافیک واقعی در زمان TI دارد که آن هم به نوبه خود بستگی به اقدامات کنترلی محاسبه گر در تمامی زمان‌ها T1، …، TI دارد. برای مشاهده یک طرح مرجع، شکل 2(b) را ببینید. روش‌های حلقه بسته ذاتاً تمام جوانب مسائل را مورد بررسی قرار می‌دهند که کنترل‌های حلقه باز از تنوع راه‌حل‌ها ممانعت می‌کردند. تنوع راه‌حل‌های موجود موجب سهولت دستیابی به یکی از این راه‌حل‌ها می‌گردد. (در [68] بررسی‌شده است و توسط مجموعه‌ای از معیارها ارزیابی شده است) . کیفیت راه حل مورد مطالعه در [18] و [71] نشان داده شده است. علاوه بر این، اغلب گزینه‌های عملیاتی زمانی ساخته می‌شوند که یک مرحله اضافی اجرا گردد که بر اساس انحراف استاندارد [56]، [67]، [77] و یا بر اساس مراحل زمانی [9]، [59]، [68]، [71] است.
برای گروه دوم، اغلب راه‌حل‌های محاسباتی به‌روز، منجر به تنظیمات سریع‌تر و راه‌حل‌های بهتری می‌گردند[68]. برای کاهش اثرات منفی تغییرات متعدد در dispatchers محلی (به عنوان مثال، مدیر ایستگاه)، رانندگان و مسافران [60]، [68]، [79] تمرکز بر راه‌حل‌هایی که اختلالات تصادفی را کاهش دهد، ضروری به نظر می‌رسد.

3. پیش‌بینی پویا
ما در این بخش ویژگی‌های اصلی روش‌های آنلاین پویا و همچنین پیش‌بینی پویای مبتنی بر زمان را بررسی می‌کنیم. این بررسی‌ها پاسخی برای “آنچه که شناخته‌شده؟” است و نشان‌دهنده مواردی است که در گذشته، حال و آینده برای رسیدن به هدف این مقاله شناخته‌شده است. مدل‌سازی عدم قطعیت و پیش‌گویی برای محاسبه عملیات کنترلی بهینه و قابل‌قبول ضروری است. هدف سیستم کنترلی مقابله با انحرافات حاصل از برنامه موجود است. به عنوان مثال، تأخیر حاصل از قطارها را که در برنامه در نظر گرفته نشده است را جبران می‌کند. مطابق با نظر Yuan and Hansen [80] که فرآیند تأخیر و مدل‌سازی را مرور کردند، تأخیر می‌تواند به تنهایی با روش گاوس، معکوس گاما و یا توزیع Weibull دنبال شود و تأخیر می‌تواند بر روی یک قطار منفرد و یا تمامی آن‌ها به صورت زنجیر وار تأثیر بگذارد. به غیر از تأخیر، ساکن بودن قطار در یک مکان یا ایستگاه نیز ممکن است موجب ترافیک شده و مزاحمت ایجاد کند.
علاوه بر این، تأخیر می‌تواند قابل انتظار بوده و در طرح‌های بهینه‌سازی با دانستن مکان و وضعیت جاری ترافیک شبکه در نظر گرفته شود. به‌روزرسانی‌های حاصل از عملیات ممکن است بر روی قابلیت اطمینان راه‌کارها در آینده تأثیر داشته باشد.
ما به کمک شکل 3، این مسائل را بررسی کرده‌ایم. برای هر رویدادی (برای مثال، رسیدن قطار به ایستگاه)، ما ترافیک احتمالی متفاوتی را بر حسب زمان آن رویداد ترسیم کرده‌ایم که بر اساس زمان اندازه‌گیری وقایع و همچنین وضعیت آن‌ها بستگی دارد. هر دو محور به زمان برمی‌گردند: محور x، زمانی است که رویدادها رخ می‌دهند (حدس) یا اتفاق افتاده است (اندازه‌گیری). محور y، زمانی است که این حدسیات یا اندازه‌گیری‌ها انجام‌شده‌اند. رویدادها دارای یک زمان برنامه‌ریزی نیز هستند که با خط نقطه‌چین سبز رنگ عمودی نشان داده شده است.

بهبود مدیریت ترافیک زمان واقعی با استفاده از ابزارهای بهینه سازی

Improvement of real-time traffic management by using optimization tools

Abstract

Railway operation management must cope with failures of the railway system or external disturbances that may cause initial delays or so-called primary delays. In heavy traffic areas of rail networks, primary delays can quickly propagate and lead to the so-called secondary or knock-on delays. This paper describes the results of experiments done to evaluate railway traffic optimization tools that enable to decrease the secondary delays by selecting appropriate route settings and sequence of the train movements. These experiments are part of a task of the European FP7 project ON-TIME. The project aims to develop a prototype for a new generation of railway traffic management systems which will increase capacity and decrease delays for railway customers’ satisfaction. The results of the project will be validated through system simulation and real-life case studies proposed by railway undertakings which are partners of the project. This paper focuses on the results achieved in one of the case studies of the ON-TIME project, through an algorithm which we developed. It consists of the solution of a mixed-integer linear programming formulation for a limited computation time: the best feasible solution found within this limited computation time is the final solution returned by the algorithm. The case study tackled here represents traffic in the Gonesse junction, in France. We assess the impact of including the optimization in a rolling-horizon framework. The results show that the optimization is quite robust to different settings of the rolling-horizon framework

1 Introduction

Railway timetables are often designed to fully exploit the infrastructure capacity at peak hours. When an unexpected event perturbs traffic, even slight delays may have a major impact on operations due to the knock-on effect. Delays that are directly caused by unexpected events, as a temporary speed limit reduction due to maintenance works, are named primary delays. The only possibility for reducing them is linked to the use of buffer times possibly present in the timetable. Primary delays, though, imply that trains reach specific locations along their route at times which are different from the scheduled ones. This may cause the emergence of conflicts: two trains claim the same track section concurrently and one of them has to stop to wait for the other train to clear the track section itself. These delays caused by traffic congestion are named knock-on or secondary delays. To minimize these secondary delays, it is necessary to wisely manage traffic, that is, to properly decide train routing and scheduling in real-time to tackle a specific perturbation.

In Europe, traffic management aiming to minimize secondary delay is mostly performed by dispatchers without decision support tools. However, the importance of developing such a tool is quite unanimously recognized. Different research projects have been funded in recent years for proposing possible tools and assessing their potential impact on the railway service quality. In particular, the European Commission funded a project named ONTIME (Optimal Networks for Train Integration Management across Europe) within its Framework Programme 7 (FP7). The aim of this project is a step-change in railway capacity by reducing delays and improving traffic fluidity. This will be achieved by a partnership between railway industry experts, system integrators, small dynamic knowledge led companies and academic researchers. Within this project, a work package is focused on the development of a traffic management system able to deal with traffic perturbations in real time. This system is intended to implement the decision of an optimization algorithm for minimizing secondary delay.

In the academic literature, several algorithms have been proposed to this aim. These algorithms can be grouped in terms of: train rerouting possibility (exclusion of train rerouting in, e.g., D’Ariano et al. (2007a) and Dessouky et al. (2006), consideration of train rerouting in, e.g., D’Ariano et al. (2008) and Törnquist Krasemann (2012)), speed variation dynamics consideration (fixed-speed model in, e.g., Corman et al. (2010) and Mazzarello and Ottaviani (2007), variable-speed model in, e.g., D’Ariano et al. (2007b) and Lusby et al. (2013)) and interlocking system representation (route-lock sectional-release in, e.g., Pellegrini et al. (2014) and Rodriguez (2007), route-lock routerelease in, e.g., Caimi et al. (2012) and Törnquist and Persson (2007)).

راه آهن به عنوان یک سيستم فنی و اجتماعی: عوامل انسانی در قلب مهندسی راه آهن موفق

The railway as a socio-technical system: human factors at the heart of successful rail engineering

ادغام (یکپارچه‌سازی) فاکتورهای انسانی
مطالعه و اولین مدل کار کنترلگرها، سیگنال‌ها و هدایت کنندگان آموزش
بحث – در مورد مدل شناخت توزیع شده عملیات راه آهن

4. ادغام (یکپارچه‌سازی) فاکتورهای انسانی
قسمت عمده‌ای از بخش قبلی به تولید دانش فاکتورهای انسانی – در تحقیقات – مربوط می‌شود. در چند سال گذشته نیز گام‌های مهمی برای استفاده از این دانش در فرایندهای طراحی ساختاریافته برداشته شده‌اند. دستورالعمل‌ها و استانداردهایی تولید می‌شوند که به طور فزاینده‌ای برای کاربرد راه آهن به منظور هدایت برنامه‌ریزی و مهندسی شبکه‌های فردا مناسب هستند [98].
چنین استانداردها و دستورالعمل‌هایی در چارچوب برنامه یکپارچه‌سازی فاکتورهای انسانی (HFIP)، که خود معمولا در محدوده استاندارد HFI (HFIS) تعیین خواهد شد، در برخی از صنایع، و به ویژه در ارتش، به طور فزاینده‌ای اعمال می‌شوند. بخشی از کار اولیه پروژه RRUK، ارزیابی تاثیر HFIS/P در راه آهن انگلستان بود. این کار نیازمند انجام مصاحبه‌های محرمانه با افراد کلیدی در مهندسی ریل و فاکتورهای انسانی ریل بود، زیرا جزئیات مکتوب مربوط به چنین برنامه‌ها و استانداردهایی اغلب در اسناد پروژه تجاری، پنهان است (برای اطلاعات منتشر شده، مراجع [99، 100] را ببینید).
منطق HFI این است که برای بررسی مناسب فاکتورهای انسانی، لازم است که این فاکتورها به صورت ادغام شده در کل پروژه مدیریت شوند نه به عنوان چیزی که تصور بعدی در نظر گرفته می‌شود. HFIPها به معنای واقعی کلمه، تعریف رسمی نحوه ادغام فاکتورهای انسانی در چرخه عمر سیستم و توصیف روال‌های تضمین مربوطه هستند. آن‌ها در مدیران پروژه و مهندسان طراحی و ساخت به همان میزان کارشناسان عوامل انسانی در نظر گرفته می‌شوند. ممکن است تنها برای پروژه‌های خاص یا طراحی‌های سیستم توسعه یابند و اعمال شوند، اما معمولا اسناد عمومی‌تر تولید شده توسط سازمان یا گروهی از سازمان‌ها هستند که می‌توان از آن‌ها برای هر پروژه یا سیستم خاص استفاده کرد.
HFIP اغلب افراد مشمول و میزان مسئولیت آن‌ها، سهامداران، نحوه دخالت آن‌ها در فرایند و دیدگاه‌های آن‌ها، و نحوه هماهنگ‌سازی و حفظ تخصص عوامل انسانی را تعریف خواهد کرد. استانداردهای مناسب، دستورالعمل‌ها، روش‌ها، ابزار و تجزیه و تحلیل‌ها تعریف خواهند شد و مفاهیم عملیاتی و الزامات برای عملکرد انسانی شرح داده خواهند شد [101].
مصاحبه‌هایی که نویسندگان با متخصصان HF و مهندسان سیستم‌ها انجام دادند شواهدی را مبنی بر افزایش کاربرد HFIP در راه‌آهن ارائه دادند. متخصصان HF در هیات ایمنی و استانداردهای راه آهن و ریل شبکه ، ورود HF به فرایندهای تجاری از طریق سازمان‌های خود را با آگاهی HF در سطح هیات مدیره مشاهده کرده‌اند. HFIPهای مبتنی بر اسناد دستورالعمل‌ها و استاندارهای شرکت در بسیاری از موارد برای انجام ارزیابی‌های HF، شناسایی مساله، راه‌حل‌های طراحی، و ارزیابی‌های در سطح برنامه و پروژه مورد استفاده قرار می‌گیرند. آن‌ها برای اطمینان از این استفاده می‌شوند که با ظاهر شدن برنامه‌های پروژه و ایجاد تغییرات و تصمیمات مهم، HF در دستور کار باقی می‌ماند.
HF می‌تواند مشکل‌ساز باشد و چالش‌های ایجاد شده با استفاده از HFI و HFIPs در راه‌آهن، در همه صنایعی که در آن‌ها رشته‌های مختلف همراه باهم برای حصول اطمینان از تحویل به موقع و مقرون به صرفه راه‌حل طراحی کار می‌کنند منعکس شده‌اند. بدترین سناریو زمانی اتفاق می‌افتد که HFIPها طراحی می‌شوند اما مورد استفاده قرار نمی‌گیرند – بنابراین، الزامات قراردادها و استانداردها براورده می‌شوند اما بدون تاثیر واقعی روی ارگونومی سیستم‌ها. در اینجا چالش، حصول اطمینان از این است که HFIPهای مناسب و با کیفیت بالا طراحی می‌شوند و مورد توافق کارکنان با سطح درستی از صلاحیت HF قرار می‌گیرند و این فرایند شامل تعریف زمانبندی و سطوح مناسب مداخله HF است. ابزارهای مناسب برای سنجش موفقیت HFI نیز مورد بررسی قرار می‌گیرند.
یکی از مشکلات HFIPs و HFISs، تفسیر گفته‌های تعدادی از مهندسان طراحی و کارکنان عملیاتی است که ممکن است اسناد بسیار ارزشمند را ایجاد کند اما خود سند و به ویژه ملاحظه آن در عمل می‌تواند مانند «ریختن بتون در رگه‌های طراحی خلاقانه» باشد. در گفته‌های از هر جای دیگر، مثلا از رئیس گروه ارگونومی در سازمان راه آهن انگلستان، آخرین کاری که تیم عوامل انسانی، مهندسان همکار آن‌ها یا مدیران پروژه می‌خواهند انجام دهند انجام جستجوی 600 صفحه‌ای برای یک یا دو جنبه مهم طراحی است. در نتیجه، اولویت قوی در راه‌آهن برای رویکردی «ساده‌تر» در HFI وجود داشته است، که نشان می‌دهد فرایند سیستماتیک، مزایایی خواهد داشت اما تنها در صورتی که تبدیل به فشار نشود [102].

5. مطالعه و اولین مدل کار کنترلگرها، سیگنال‌ها و هدایت کنندگان آموزش

همانطور که قبلا بیان شد و بدون اغراق، تغییری در رویکرد عوامل انسانی در حوزه‌هایی مانند راه آهن در طی چند سال گذشته وجود داشته است. تغییر در چشم‌انداز، با مهندسی سیستم‌ها، با در نظر گرفتن عوامل انسانی به عنوان چشم‌اندازی جامع و اجتماعی-فنی، سازگار بوده است: اجتماعی-فنی به دلایلی که قبلا ارائه شد و جامع در همه جنبه‌های عملکرد انسان و تعامل با سیستم‌ها – فیزیکی، شناختی و اجتماعی – به شیوه‌ای یکپارچه و در طول چرخه عمر سیستم در نظر گرفته می‌شوند. یکی از نتایج مهم چنین دیدگاهی این است که سیستم‌ها با توجه به توزیع عملیات خود – به صورت موقت، فضایی و عملکردی – مورد بررسیتجزیه و تحلیل قرار می‌گیرند. فعالیت در سیستم به صورت پیوسته یا گسسته در طول دوره‌ای از زمان و می‌توان مصنوعات یا افراد مورد نظر را در طول زمان از طریق این سیستم «دنبال» کرد (در اینجا معادل، دنبال کردن «سفر بیمار» از طریق سیستم بهداشتی است). عمل در چنین سیستمی همچنین در منطقه جغرافیایی وسیعی اتفاق می‌افتد (معادل در اینجا مطالعه کار خدمه آتش‌‌سوزی جنگل در حین انجام وظیفه در مرکز فرماندهی در زمینی در جنگل و از هوا است). فعالیت همچنین به صورت کارکردی توزیع می‌شود (به عنوان مثال، تیم طراحی و توسعه شامل طراحان مفهومی، مهندسان، معمارات، سبک‌شناسان، مهندسین تولید، مهندسین سیستم، و نمایندگان مشتری). مثالی خوب از این روند برای داشتن چشم‌انداز سیستم‌ها هنگام مطالعه و انجام بهبودهای طراحی در سیستم‌های راه‌آهن را می‌توان در حوزه طراحی برای مسافران در ایستگاه‌ها یافت. کارهای اولیه برای بررسی نحوه پشتیبانی مسافران از طریق طراحی معماری یا نمایش اطلاعات، مطالعات کلاسیک طراحی پیش زمینه و پس زمینه علائم، قرار گرفتن در موقعیت‌های کلیدی و غیره را انجام دادند. به تازگی [88]، چنین مطالعاتی، سفرهای مسافران از هنگام ترک خانه یا حداقل رسیدن به ایستگاه را از طریق تمام جنبه‌های دسترسی، یافتن اطلاعات و سوار شدن به قطار، و سپس قرار گرفتن در انتهای دیگر ردیابی کردند. در این رویکرد، چشم‌انداز، دسترسی جهانی یا طراحی برای همه بوده است.

4 HUMAN FACTORS INTEGRATION

Much of the preceeding section concerns generation of human factors knowledge – to do with research. In the past few years also there have been considerable strides made in application of that knowledge within structured design processes. Guidelines and standards are being produced that are increasingly appropriate to rail application in order to guide those planning and engineering the networks of tomorrow [98].

Increasingly, in some industries, and especially in the military, such standards and guidelines are applied within the framework of a Human Factors Integration Plan (HFIP), which itself will usually be specified within a HFI Standard (HFIS). One part of the early RRUK project work was to assess the impact of HFIS/P within the UK railways. This required confidential interviews with key people in rail engineering and rail human factors, because the written detail on such plans and standards is often hidden in commercial project documentation (although see references [99, 100] for some published information).

The rationale for HFI is that for human factors to be adequately addressed, it is essential that it is managed as integrated within the whole project rather than as something bolted on as an afterthought. HFIPs are literally the formal definition of how human factors will be integrated into a system life cycle and a description of the related assurance procedures. They are aimed at project managers, design and construction engineers as much as at human factor experts. They may be developed and applied just to particular projects or system designs, but more usually will be generic documents produced by an organization or group of organizations, which can be operationalized for any particular project or system.

An HFIP will often define who is involved and with what degree of responsibility, who the stakeholders are and how they are to be engaged in the process and their views accounted for, and how human factors expertise will be coordinated and maintained. Appropriate standards, guidance, methods, tools, and analyses will be defined, and operational concepts and requirements for human performance will be described and explained (see reference [101]) The interviews that the authors carried out with HF specialists and systems engineers found evidence for increasing use of HFIP within rail. HF specialists at Network Rail and Rail Safety and Standards Board have observed HF input into business processes through their organizations, with HF awareness at board level. HFIPs based on company standards and guidance documents are in many cases used to bring about HF assessments, problem identification, design solutions, and evaluations at project and programme level. They are being utilized to ensure that HF remains on the agenda as project plans emerge and when changes and critical decisions are made.

HFI can be problematic, and the challenges faced using HFI and HFIPs in rail have been mirrored in all industries where there are different disciplines working together to ensure a design solution is delivered on time and in a cost-effective way. The worst case scenario is when HFIPs are drawn up but not used – thus meeting the requirements of contracts or standards but without actually impacting upon systems ergonomics. The challenge is to ensure that high quality and appropriate HFIPs are drawn up and agreed by staff with the right level of HF competence and that this process includes defining appropriate timing and levels of HF intervention. Suitable means by which to measure HFI success is also a current focus.

One of the difficulties of HFIPs and HFISs is, to paraphrase the words of a number of design engineers and operational staff, that it may be a very worthy document but the document itself, and particularly putting it into practice, can be akin to ‘pouring concrete into the veins of creative design’. In words from elsewhere, from the head of an ergonomics group at a UK rail organization, the last thing that the human factors team, the engineers they work with or the project managers want to do is have a 600-page search for one or two key design aspects. As a consequence, there has been a strong preference in rail for a more‘light touch’ approach to HFI, recognizing that a systematic process will reap benefits, but only if it does not become a burden [102]..

5 STUDY AND FIRST MODEL OF THEWORK OF CONTROLLERS, SIGNALLERS, AND TRAIN DRIVERS

As proposed earlier, and without wishing to overstate the case, there has been something of a shift in the approach of human factors in domains such as rail over the past few years. The change in perspective has been coherent with systems engineering, with human factors taking a holistic, socio-technical view: socio-technical for the reasons given earlier, and holistic in that all aspects of human performance and interaction with systems – physical, cognitive, social – are accounted for in an integrated fashion and across the system life cycle. An important corollary of such a view is that the systems are examined and analysed in the light of their operations being distributed – temporarily, spatially, and functionally.

Activity in a system will take place continuously or discretely over a period of time and the artefacts or people of interest through that system over time can be ‘followed’ (an equivalent here is following the ‘patient journey’ through a health system). Action in such a system also takes place over a wide geographical area (an equivalent here is studying the work of a forest fire fighting crew as they carry out their work in a command centre, on the ground in the forest, and from the air). Activity is also functionally distributed (for instance a design and development team containing concept designers, engineers, architects, stylists, production engineers, systems engineers, marketing specialists, and customer representatives). One good example of this trend to take a systems viewpoint when studying and making design improvements to rail systems can be found in the area of design for passengers at stations. Early work to examine how to support passengers through architectural design or information display carried out classical studies of foreground and background design of signs, placement in key positions, etc. More recently [88], such studies have tracked passenger journeys, from leaving home or at least arrival at the station through all aspects of access, information finding and train boarding, and then subsequently alighting at the other end. Within this approach, the perspective has been of universal access or design for all..

راه آهن به عنوان یک سيستم فنی و اجتماعی: عوامل انسانی در قلب مهندسی راه آهن موفق

The railway as a socio-technical system: human factors at the heart of successful rail engineering

مقرون به صرفه بودن نگه داری و نوسازی زیرساخت راه آهن

Cost-Effectiveness of Railway Infrastructure Renewal Maintenance

Abstract

U.S. Class I railways maintain their infrastructure through a mix of ordinary maintenance and periodic renewal of infrastructure components. Different railways use different proportions of ordinary maintenance and periodic renewal with little consensus as to the best combination. Furthermore, the cost-effectiveness of emphasizing one method over the other has not been analyzed using empirical data. The objective of this research is to investigate the cost-effectiveness of renewal-based maintenance strategies using high-level financial data from industry sources. The results indicate that maintenance strategies that place more weight on renewal result in lower unit maintenance costs, at least within a specified observable range. The results imply that if railroads constrain renewal maintenance to reduce overall capital expenditures, increasing maintenance expenses will more than offset temporary reductions in capital spending.

1 Introduction

Since the railway infrastructure investment boom of the mid1980s, all Class I railroads have made significant efficiency gains in infrastructure maintenance that are the result of improvements in a number of areas. Technological advancements in infrastructure components such as cleaner and harder steel have reduced asset life-cycle costs. Improved component management has also reduced costs, for example, new developments in rail grinding and lubrication
IHHA 2001. Infrastructure maintenance delivery systems and maintenance equipment technology have changed considerably. Better measurement tools and cross-functional teamwork has transformed traditional engineering practices.

Railroads maintain their infrastructure using a combination of ordinary and renewal maintenance techniques. Ordinary maintenance generally includes the replacement of small quantities of infrastructure components using relatively small track gangs and small equipment, whereas renewal maintenance techniques involve the replacement of larger quantities of components with larger gangs and bigger, more sophisticated, and more expensive equipment. Ordinary maintenance activities are normally charged to operating expense and renewal maintenance programs to capital expenditures according to Surface Transportation Board
STB accounting requirements
U.S. Senate 1995.

Over the past 20 years, all Class I railroads have increased their use of renewal-based compared to ordinary maintenance, but the degree to which they do so varies substantially
Fig. 1. A Class I railroad is one that met a revenue threshold of $277.7 million in 2004 in the United States
AAR 2005. For the purposes of this analysis we calculated renewal-based maintenance cost using a procedure
described in the section on methodology that separates railroad capital expenditures into capacity- and maintenance-related components.