Optimizing Infrastructure Improvements in Bus Rapid Transit Systems
No Thumbnail Available
Files
Aalto login required (access for Aalto Staff only).
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Perustieteiden korkeakoulu |
Bachelor's thesis
Electronic archive copy is available locally at the Harald Herlin Learning Centre. The staff of Aalto University has access to the electronic bachelor's theses by logging into Aaltodoc with their personal Aalto user ID. Read more about the availability of the bachelor's theses.
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2024-04-29
Department
Major/Subject
Matematiikka ja systeemitieteet
Mcode
SCI3029
Degree programme
Teknistieteellinen kandidaattiohjelma
Language
en
Pages
20
Series
Abstract
Bus Rapid Transit (BRT) is a bus-based transport system that provides fast and attractive public transport for passengers. Compared to rail-based mass transport systems, BRT is a cost-effective choice for increasing public transport capacity. BRT also offers more attractive transport compared to regular bus transport and can be seen as a solution to increase passenger demand. This thesis concers the implementation of BRT lines on an existing bus line network to attract new passengers. The thesis includes the definition and solution of a problem, where the number of new passengers attracted is maximized with a limited budget. This problem and solution is based on a problem from an article published in 2024 and can be seen as a variation of it, where the input bus line network is not restricted to a path shape and a narrower set of constraints is used. The problem requires a weighted graph as an input, where weights are used to represent travel times. Upgrade costs and impact on travel times with the number of potential passengers to be attracted is also required as an input. The optimization problem is formulated as a binary integer program, where passenger response is assumed to be linearly dependent on travel time improvement. It is found that the formulation would lead to an to an integrated optimization problem if the paths taken by the passengers were not fixed. To avoid this, an algorithm with an iterative approach to vary different fixed paths is introduced. The algorithm is implemented and two input datasets are used. The thesis also includes a review of the results with different budgets. Two example step by step executions with simple inputs are presented, to show the algorithms inability to result to global maximum with all inputs. Examination of the runtimes shows that the implementation is found to be feasible to run on a consumer grade computer. It is concluded that for real life use, the assumptions made should be more precise and global maxima should be guaranteed.Bus Rapid Transit (BRT) on linja-autoliikenteeseen perustuva joukkoliikennejärjestelmä. Suomessa BRT:n lähin vastine on linja-autojen runkolinjaliikenne. Raideliikenteeseen verrattuna BRT on kustannustehokas valinta joukkoliikenteen kapasiteetin kasvattamiseen. BRT-linja on kuluttajille tyypillistä bussiliikennettä nopeampi ja puoleensavetävämpi vaihtoehto, joten BRT-linjojen käyttöönottoa normaalin linja-autoliikenteen rinnalle, voidaan pitää hyvänä ratkaisuna linja-autoliikenteen kysynnän kasvattamiseksi. Tämä kandidaatintyö käsittelee BRT-linjojen käyttöönottoa olemassa olevissa linja-autoverkoissa, kun tavoitteena on houkutella uusia matkustajia. Työ sisältää määrittelyn ja ratkaisun ongelmaan, jossa uusien matkustajien määrää pyritään maksimoimaan rajoitetulla infrastruktuuriin varatulla budjetilla. Työssä esitetty ongelma perustuu vuonna 2024 julkaistussa artikkelissa esitettyyn ongelmaan, jonka muunnelmana tämän työn ongelmaa voidaan pitää. Työn ongelma eroaa artikkelista esitetystä, sillä syötteeksi annettua linjaverkkoa ei ole rajoitettu peräkkäisistä asemista muodostuvan polun muotoon. Ongelma eroaa artikkelista esitetystä myös vähempien rajoitteiden takia. Määritelty ongelma vaatii syötteeksi painotetun verkon, jossa painot kuvaavat matka-aikoja. Lisäksi syöte sisältää BRT-linjan kustannukset eri osuuksilla, parannukset matka-aikoihin, sekä potentiaalisten matkustajien määrät eri väleillä. Optimointiongelma määritellään binääri kokonaisluku optimointi muodossa, jossa matkustajien suhtautumisen oletetaan olevan lineaarisesti riippuvaista matka-aikojen lyhenemisestä. Ilman ennalta määriteltyjä matkustajien reittejä optimointiongelma johtaisi integroiduksi optimointiongelmaksi. Tämä vältetään määrittelemällä iteratiivinen algoritmi, joka ratkaisee ongelman varioimalla asiakkaiden kulkemia polkuja. Tulosten saamiseksi algoritmin toteutukselle on annettu kaksi eri verkkoa syötteinä, joiden ratkaisuja on tarkasteltu eri budjeteilla. Työ sisältää lisäksi esimerkit algoritmin kulusta askel kerrallaan kahdella erilaisella yksinkertaisella syötteellä. Näistä algoritmin esimerkkisuorituksista nähdään algoritmin kyvyttömyys ratkaista globaaleja maksimeja kaikilla syötteillä. Suoritusaikoja tarkastelussa huomataan, että toteutus on mahdollista ajaa kuluttajatason tietokoneella. Johtopäätöksenä todetaan, että tosielämässä hyödynnettäessä ratkaisun tulisi taata globaalit maksimit, sekä sisältää perustellumpia oletuksia matkustajien käytöksestä.Description
Supervisor
Schiewe, PhilineThesis advisor
Schiewe, PhilineKeywords
public transportation optimization, binary integer programming, bus rapid transit, BRT
