Optimal design for urban transit systems

Abstract

The adverse impacts of fossil fuels on the built and natural environment call for the adoption of a more sustainable urban transportation model. To that end, the design of urban transit systems must take into account environmental impacts associated with their operation, while also aim at increasing ridership and ensuring financial viability for transit operators. Recent advances in communication, data collection and wireless power transfer technologies shape a new reality forpublic transportation, creating the need for new decision support systems. In this context, the scope of this dissertation is to develop a modeling framework based on data science and artificial intelligence algorithms for planning and reshaping public transport systems exploiting recentadvances in electric energy transmission technologies and Intelligent Transportation Systems. Specific objectives of the dissertation include: a.) the development of a comprehensive model for the design of a transit network, operated exclusively by an electric bus fleet under different charging infrastructure configurations, b.) the development of a framework for improving bus service planning, focusing on the problem of bus bunching, and c.) the development of appropriate tools and methods for exploiting Automatic Vehicle Location (AVL) data. The proposed framework is applied to established benchmark networks and data from the Athens Public Transport System, respectively.

Οι δυσμενείς επιπτώσεις των ορυκτών καυσίμων στο περιβάλλον και τη δημόσια υγεία επιτάσσουν την προσαρμογή των σύγχρονων συγκοινωνιακών δικτύων στα πρότυπα της βιώσιμης ανάπτυξης. Προς αυτή την κατεύθυνση καθοριστικό ρόλο διαδραματίζει ο σχεδιασμός των συστημάτων αστικών συγκοινωνιών με άξονες τη μείωση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων και παράλληλα, την αύξηση της δημοτικότητας και οικονομικής βιωσιμότητάς τους. Παράλληλα, οι πρόσφατες εξελίξεις στις τεχνολογίες επικοινωνίας, συλλογής δεδομένων και ασύρματης μεταφοράς ενέργειας συνθέτουν μια νέα πραγματικότητα για τις αστικές συγκοινωνίες, δημιουργώντας την ανάγκη για νέα συστήματα υποστήριξης αποφάσεων. Στο πλαίσιο αυτό, το αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η ανάπτυξη ενός μεθοδολογικού πλαισίου βασισμένου σε αλγορίθμους τεχνητής νοημοσύνης και επιστήμης δεδομένων για τον σχεδιασμό συστημάτων αστικών συγκοινωνιών αξιοποιώντας τις πρόσφατες εξελίξεις στις τεχνολογίες μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας και στα Ευφυή Συστήματα Μεταφοράς. Ειδικούς στόχους της διατριβής αποτελούν: α). η ανάπτυξη ενός ολοκληρωμένου μοντέλου σχεδιασμού για ένα δίκτυο αστικών συγκοινωνιών με αποκλειστική χρήση στόλου ηλεκτρικών λεωφορείων υπό διαφορετικές διαμορφώσεις υποδομής φόρτισης, β). η ανάπτυξη ενός πλαισίου για τη βελτίωση του σχεδιασμού των αστικών συγκοινωνιών με επίκεντρο το πρόβλημα του συνωστισμού λεωφορείων (bus bunching) και γ). η ανάπτυξη κατάλληλων εργαλείων και μεθόδων εκμετάλλευσης των δεδομένων αυτόματου εντοπισμού θέσης (AVL). Το προτεινόμενο μεθοδολογικό πλαίσιο εφαρμόζεται σε δίκτυα αναφοράς από την διεθνή βιβλιογραφία και δεδομένα από το Σύστημα Συγκοινωνιών της Αθήνας, αντίστοιχα.