A Genetic Algorithm for Guideway Network Design of Personal Rapid Transit

유전알고리즘을 이용한 소형궤도차량 선로네트워크 설계

In this paper, we propose a customized genetic algorithm (GA) to find the minimum-cost guideway network (GN) of personal rapid transit (PRT) subject to connectivity, reliability, and traffic capacity constraints. PRT is a novel transportation concept, where a number of automated taxi-sized vehicles run on an elevated GN. One of the most important problems regarding PRT is how to design its GN topology for given station locations and the associated inter-station traffic demands. We model the GN as a directed graph, where its cost, connectivity, reliability, and node traffics are formulated. Based on this formulation, we develop the GA with special genetic operators well suited for the GN design problem. Such operators include steady state selection, repair algorithm, and directed mutation. We perform numerical experiments to determine the adequate GA parameters and compare its performance to other optimization algorithms previously reported. The experimental results verify the effectiveness and efficiency of the proposed approach for the GN design problem having up to 210 links.

본 논문에서는 연결성, 신뢰성, 교통량 제약조건을 만족하는 최소 비용의 소형궤도차량 선로네트워크를 설계하기 위한 유전알고리즘을 제안한다. 소형궤도차량 시스템은 다수의 자동화된 차량들이 공중에 설치된 선로네트워크를 따라 움직이는 신개념 교통 시스템이다. 주어진 역의 위치와 역간 교통량 수요에 대해 최적의 선로네트워크를 구하는 문제는 소형궤도차량 시스템에 관련된 가장 중요한 문제 가운데 하나이다. 본 논문에서는 선로네트워크를 방향성 링크를 갖는 그래프로 표현하고 그 비용과 연결성, 신뢰성, 교통량을 수식화하였다. 이렇게 주어진 네트워크 성능지표를 바탕으로 선로네트워크 설계 문제에 적절한 연산자들로 구성된 유전알고리즘을 제안한다. 이 연산자들은 안정상태 선택 연산자, 수리 알고리즘, 방향성이 있는 돌연변이 연산자를 포함한다. 제안된 유전알고리즘의 적절한 변수를 결정하고 그 성능을 타 알고리즘과 비교하기 위한 실험을 수행하였다. 최대 210개의 링크를 갖는 선로네트워크에 대해 수행된 실험결과는 제안된 유전알고리즘이 적절한 시간 내에 만족스러운 해를 구할 수 있음을 보인다.