شماره ركورد
34322
پديد آورنده
زهرا اسلامي
عنوان
بهينهسازي تخصيص منابع در سوانح ريلي با وروديهاي پيشبينيشده از ماشينلرنينگ
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي حمل و نقل ريلي
سال تحصيل
1402
تاريخ دفاع
1404/09/29
استاد راهنما
دكتر رضا محمد حسني
استاد مشاور
-
دانشكده
راهآهن
چكيده
حملونقل ريلي يكي از اركان حياتي زيرساخت ملي است و نقشي بنيادين در جابهجايي ايمن، پايدار و اقتصادي ايفا ميكند. با اين حال، اين شبكه در معرض طيفي از سوانح عملياتي، خطاهاي انساني و رخدادهاي محيطي قرار دارد كه ميتوانند پيامدهاي اقتصادي و اجتماعي گستردهاي به همراه داشته باشند. شدت اين پيامدها بيش از هر چيز متأثر از كارايي نظام واكنش اضطراري و نحوه تخصيص منابع امدادي است. بررسي ادبيات پژوهش نشان ميدهد كه با وجود گسترش دادههاي واقعي و پيشرفت روشهاي تحليل و پيشبيني، هنوز چارچوبي يكپارچه كه بتواند تحليل مكاني سوانح، تخمين هزينه بر مبناي داده و بهينهسازي استقرار مراكز امدادي را بهصورت همزمان و منطبق با شرايط واقعي شبكه ريلي يكپارچه سازد، ارائه نشده است.
پژوهش حاضر با هدف رفع اين خلأ علمي، يك چارچوب دادهمحور سهلايه توسعه ميدهد كه شامل تحليل مكاني، پيشبيني هزينه مبتني بر يادگيري ماشين و مدلسازي عددي استقرار مراكز امدادي است. در گام نخست، دادههاي سوانح ريلي ايالت تگزاس طي دوره 2020 تا 2024 تحليل شد و با بهرهگيري از دو الگوريتم خوشهبندي، 53 مركز امدادي بالقوه در نواحي پرتراكم ريسك شناسايي گرديد. در گام دوم، يك مدل پيشبيني هزينه مبتني بر روش جنگل تصادفي آموزش داده شد كه پس از اعتبارسنجي متقاطع دهزيرمجموعهاي بر روي دادههاي آموزش، ميانگين دقت 84 درصد به دست آمد و توانست هزينه سوانح سال 2024 را با دقت 94 درصد تخمين بزند. در گام سوم، مسئله استقرار بهينه مراكز امدادي در قالب يك مدل عدد صحيح خالص از نوع مجموعهپوششي حل شد. نتايج نشان داد كه فعالسازي 36 مركز از ميان مراكز شناساييشده، امكان پوشش حدود 85 درصدي سوانح يعني 180 سانحه از 213 سانحه سال 2024 را فراهم ميكند و هزينه سوانح بدون پوشش را به حداقل ميرساند؛ همچنين آشكار شد كه افزايش تعداد مراكز يا بودجه فراتر از اين مقدار، به دليل اشباع ساختار پوشش، به بهبود معناداري منجر نميشود.
برآيند يافتهها نشان ميدهد كه تركيب سهگانه تحليل مكاني، پيشبيني دادهمحور هزينه و بهينهسازي عددي، چارچوبي دقيق، پايدار و منطبق با شرايط واقعي عمليات ريلي فراهم ميسازد. اين مدل ميتواند بهطور مستقيم در برنامهريزي اضطراري، مديريت بحران، تخصيص هدفمند منابع و طراحي سامانههاي تصميميار مورد استفاده قرار گيرد و به شكل مؤثري در افزايش سرعت واكنش، كاهش خسارات و تقويت تابآوري شبكه ريلي نقشآفريني كند.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/10/16
عنوان به انگليسي
Resource Allocation Optimization in Railway Incidents Using Machine Learning–Based Predictive Inputs
تاريخ بهره برداري
12/20/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
زهرا اسلامي
چكيده به لاتين
Railway transportation is one of the vital pillars of national infrastructure and plays a fundamental role in ensuring safe, sustainable, and economical mobility. Nevertheless, this network is exposed to a wide range of operational failures, human errors, and environmental hazards that may lead to significant economic and social consequences. The magnitude of these consequences largely depends on the effectiveness of the emergency response system and the efficiency of resource allocation. A review of the literature indicates that, despite the growing availability of real-world data and advances in analytical and predictive methods, an integrated framework that simultaneously combines spatial accident analysis, data-driven cost estimation, and optimal allocation of emergency facilities in line with the real conditions of a railway network has not yet been established.
To address this research gap, the present study develops a three-layer data-driven framework consisting of spatial analysis, machine learning–based cost prediction, and mathematical optimization for emergency facility location. In the first stage, railway accident data for the State of Texas from 2020 to 2024 were analyzed, and using two clustering algorithms, 53 potential emergency centers were identified in high-risk hotspot regions. In the second stage, a cost prediction model based on the Random Forest method was trained and validated, achieving an average accuracy of 84% and successfully estimating the total accident costs for 2024 with an accuracy of 94%. In the third stage, the optimal location of emergency centers was formulated as an integer programming set-covering problem. The results showed that activating 36 centers among the identified candidates can cover approximately 85% of accidents—equivalent to 180 out of 213 incidents in 2024—while minimizing the cost associated with uncovered accidents. Furthermore, the results indicate that increasing the number of centers or expanding the budget beyond this level does not yield meaningful improvements due to coverage saturation.
Overall, the findings demonstrate that integrating spatial analysis, data-driven cost prediction, and mathematical optimization provides a precise, robust, and realistic framework aligned with actual railway operations. The proposed model can be directly applied in emergency planning, crisis management, targeted resource allocation, and the development of intelligent decision support systems, effectively enhancing response speed, reducing losses, and strengthening the resilience of the railway network.
كليدواژه هاي فارسي
راهآهن , مكانيابي تسهيلات , تخصيص منابع , يادگيري ماشين , خوشهبندي
كليدواژه هاي لاتين
Railway , Facility Location , Resource Allocation , Machine Learning , Clustering
Author
Zahra Eslami
SuperVisor
Reza Mohammad Hassany