Development of a Scheduling and Personnel Management System for Rail Transport Systems

Year 2024, Issue: 20, 183 - 201, 31.07.2024

Hülya Akca , Kübra Sinan , Aleyna Karslı , Hüsna Yıldız , Hikmet Yiğit , Furkan Karakuş , Hüseyin Doğan

https://doi.org/10.47072/demiryolu.1465865

Abstract

This study focuses on the operational challenges encountered in the rail systems of the transportation sector, which occupies a significant position in the global economy due to technological advancements and urbanization trends. The increase in urban populations puts pressure on transportation infrastructure, making rail systems critically important in reducing traffic congestion and supporting sustainable urban living. In this context, challenges such as operational timetable management in the railway sector are critical issues that need to be addressed with effective solutions. The study centers on a timetable planning system developed for rail system operations. The main goal of the study is to create schedules that meet passenger needs and operational capacities and to ensure that shift-based personnel distributions are balanced. The developed system is a desktop software designed to function on computers based on the Windows operating system, supporting the .NET 4.8 framework. Features of the software include the capacity to operate offline and the ability to generate exportable timetables. During the timetable preparation phase, the software can provide various table outputs and automatically assign personnel tasks. The software is implemented on the M1ᴀ (Yenikapı – Atatürk Airport) and M1ʙ (Yenikapı – Kirazlı) metro lines, contributing to cost savings by achieving a 3% reduction in personnel costs through workforce optimization. It significantly accelerates the timetable planning processes compared to traditional methods and reduces error rates. As a result of the improvements, a time saving of 97.2% is achieved.

Keywords

Automatic Scheduling, Operational Optimization, Rail Transport Systems, Staff Management

Raylı Ulaşım Sistemleri için Sefer Planlama ve Personel Yönetimi Sistemi Geliştirilmesi

Abstract

Bu çalışma, teknolojik ilerlemeler ve şehirleşme eğilimleri nedeniyle küresel ekonomide önemli bir yere sahip olan ulaşım sektöründeki raylı sistemlerin karşılaştığı operasyonel zorluklara odaklanmaktadır. Şehirlerdeki nüfus artışı ulaşım altyapısını zorlamakta ve raylı sistemler, trafik sıkışıklığını azaltma ve sürdürülebilir kentsel yaşamı destekleme açısından kritik öneme sahip olmaktadır. Bu bağlamda, demiryolu sektöründe karşılaşılan operasyonel sefer planlama yönetimi gibi zorluklar, etkili çözümlerle üstesinden gelinmesi gereken kritik konular arasında yer almaktadır. Çalışmada, raylı sistem işletmeleri için geliştirilen bir sefer planlama sistemine odaklanılmıştır. Çalışmanın temel amacı, yolcu ihtiyaçları ve işletme kapasitelerine uygun biçimde sefer planlarının oluşturulmasını ve vardiyalı personelin görev dağılımlarının dengeli bir şekilde gerçekleştirilmesini sağlamaktır. Geliştirilen sistem, .NET 4.8 framework'ünü destekleyen ve Windows işletim sistemi tabanlı bilgisayarlarda işlev gösterecek şekilde tasarlanmış bir masaüstü yazılımıdır.Yazılımın özellikleri arasında çevrimdışı çalışabilme kapasitesi ve dışa aktarılabilir tarife üretme yeteneği bulunmaktadır. Tarife hazırlık aşamasında farklı tablo çıktıları sunabilme ve personel görevlerini otomatik olarak atayabilme özelliklerine sahip olmaktadır. Yazılım, M1ᴀ (Yenikapı – Atatürk Havalimanı) ve M1ʙ (Yenikapı – Kirazlı) metro hatlarında uygulanmakta, bu süreç işgücü optimizasyonu yoluyla personel maliyetlerinde %3 oranında azalma sağlayarak maliyet tasarrufuna katkıda bulunmaktadır. Aynı zamanda, sefer planlama süreçlerini geleneksel yöntemlere kıyasla önemli ölçüde hızlandırıp ve hata oranlarını azaltmaktadır. İyileştirmeler sonucunda, %97.2 oranında bir zaman tasarrufu elde edilmektedir.

Keywords

Operasyonel Optimizasyon, Otomatik Sefer Planlama, Personel Yönetimi, Raylı Ulaşım Sistemi

References

• [1] K. Cingöz and T. Aytemiz, “Toplu taşıma araçları sefer sıklığı belirleme ve çizelgeleme problemi,” Kent Akademisi, vol. 16(2), pp. 1310-1333, 2023, doi: https://doi.org/10.35674/kent.1134312
• [2] L. Gao, G. Bai, L. Li and W. Chen, “Timetable optimization based on actual timetable for urban rail transit system,” in 12th International Conference on Intelligent Computation Technology and Automation (ICICTA), Xiangtan, China, 2019, pp. 446-451
• [3] Y. Cai, Q. Luo, W. Li and L. Gong, “Optimize train operation plan of urban rail transit ıncluding temporal variation of passenger ridership during the day,” in IEEE 5th International Conference on Intelligent Transportation Engineering (ICITE), Beijing, China, 2020, pp. 508-512
• [4] K. Sagawa, N. Yoshimura, Y. Shimakawa and H. Goto, “A railway timetable scheduling model based on a max-plus-linear system,” in 59th Annual Conference of the Society of Instrument and Control Engineers of Japan (SICE), Chiang, Thailand, 2020, pp. 23-26
• [5] S. Pang and M. Chen, “Optimize railway crew scheduling by using modified bacterial foraging algorithm,” Computers & Industrial Engineering, vol. 180, 2023, doi: https://doi.org/10.1016/j.cie.2023.109218
• [6] G. Caimi, L. Kroon and C. Liebchen, “Models for railway timetable optimization: Applicability and applications in practice,” Journal of Rail Transport Planning & Management, vol. 6(4), pp. 285-312, 2017, doi: https://doi.org/10.1016/j.jrtpm.2016.11.002
• [7] T. Kokubo and T. Fukuyama, “Train crew scheduling using tabu search,” in 56th Annual Conference of the Society of Instrument and Control Engineers of Japan (SICE), Kanazawa, Japan, 2017, pp. 63-66
• [8] S. Li, H. Lv, C. Xu, T. Chen and C. Zou, "Optimized train path selection method for daily freight train scheduling," IEEE Access, vol. 8, pp. 40777-40790, 2020, doi: 10.1109/ACCESS.2020.2976904
• [9] B. Zhang and Y. Yue, “Optimal design of train schedule of urban rail transit based on time-varying demand,” in IEEE 5th International Conference on Intelligent Transportation Engineering (ICITE), Beijing, China, 2020, pp. 518-524
• [10] J. Yu, Z. He, Z. Yao, G. Wang and J. Zhou, “Optimization of high-speed railway train timetable considering origin-destination service quality,” in 2nd International Conference on Algorithms, High Performance Computing and Artificial Intelligence (AHPCAI), Guangzhou, China, 2022, pp. 380-385
• [11] Z. Ceylan, M. Arslan and T. Arslan, “Bir hafif raylı ulaşım sisteminde makinist çizelgeleme problemi,” Iğdır Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, vol. 11, no. 2, pp. 1027-1039, 2021, doi: 10.21597/jist.741162
• [12] A. Nagy and J. Tick, “Modeling of bus transport operative planning tasks,” in IEEE 18th World Symposium on Applied Machine Intelligence and Informatics (SAMI), Herlany, Slovakia, 2020, pp. 89-94
• [13] E. Yazıcı, K. Akkaş, S. Mergen, A. Koç, vd., “Toplu ulaşım sistemlerinde çok amaçlı şoför çizelgeleme problemi: Kırşehir ili örneği,” Journal of Turkish Operations Management, 6(1), 997-1009, 2022
• [14] Y. Wang and Q. Guo, “Optimization method of railway crew planning based on column generation and tabu search,” in IEEE 3rd International Conference on Electronic Technology, Communication and Information (ICETCI), Changchun, China, 2023, pp. 338-342
• [15] T. Kokubo, S. Kawaguchi and Y. Fukuyama, “Practical train crew scheduling using improved tabu search,” in IEEE Symposium Series on Computational Intelligence (SSCI), Honolulu, HI, USA, 2017, pp. 1-7
• [16] T. Kokubo and Y. Fukuyama, “Practical train crew scheduling problems using parallel tabu search,” in 57th Annual Conference of the Society of Instrument and Control Engineers of Japan (SICE), Nara, Japan, 2018, pp. 1673-1678