چشم‌انداز مدیریت صنعتی

چشم‌انداز مدیریت صنعتی

شبیه‌سازی عامل‌بنیان و ارزیابی تطبیقی الگوریتم‌های تخصیص در عملیات پلتفرم‌های تاکسی اینترنتی: مطالعه‌ای کمّی در عملیات تخصیص بلادرنگ با داده‌های کالیبره‌شده‌ی شهر تهران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشکده مدیریت صنعتی و فناوری، دانشگاه تهران، تهران، ایران
2 دانشکده مدیریت، دانشگاه آستون، بیرمنگام، انگلیس
10.48308/jimp.2026.244870.1732
چکیده
مقدمه و اهداف: پلتفرم‌های تاکسی اینترنتی به یکی از اجزای کلیدی نظام عملیات خدمات شهری بدل شده‌اند و مدیریت کارایی آن‌ها در قلمرو مدیریت عملیات قرار دارد: تخصیص بلادرنگ منابع (راننده) به تقاضای ناهمگن و نامطمئن. با وجود این اهمیت، شواهد تجربی نظام‌مند بر دینامیک عملیاتی این پلتفرم‌ها در بازار ایران و نیز ارزیابی تطبیقی الگوریتم‌های تخصیص در ادبیات فارسی کمیاب است. هدف این پژوهش، نخست توصیف تجربی بازار تاکسی اینترنتی تهران بر پایه‌ی یک مجموعه‌داده‌ی واقعی بزرگ، و سپس ارزیابی نظام‌مند شش الگوریتم تخصیص (از قواعد ساده تا بهینه‌سازی هانگارین و یادگیری تقویتی) در یک محیط شبیه‌سازی عامل‌بنیان کالیبره‌شده با همان داده است.

روش‌ها: از منظر هدف، پژوهش کاربردی و از منظر روش، کمّی و شبیه‌سازی-محور است. مبنای تجربی، ۱۰۴٬۷۷۰ سفر واقعی یک پلتفرم تاکسی اینترنتی تهران در یک بازه‌ی سی‌روزه (۱ تا ۳۰ فروردین ۱۴۰۳) است که پیش از تحلیل ناشناس‌سازی شده و تحلیل‌های توصیفی مستقیماً روی آن انجام شده‌اند. به‌دلیل محرمانگی، به‌جای داده‌ی خام یک نسخه‌ی مصنوعی نماینده (با حفظ ساختار زمانی، مکانی، رفتاری و آب‌وهوایی) منتشر شده است. شبیه‌سازی با کتابخانه‌ی Mesa و چارچوب الگو-محور (POM) روی پنج الگو کالیبره شد (خطای نرخ تکمیل 1٪؛ سه الگو درون باند و خطای وزن‌دار کل 5/16٪، یعنی معیار POM به‌طور کامل برآورده نشد). شش الگوریتم تخصیص روی ۳۰ بذر مستقل با آزمون ویلکاکسون زوجی، اندازه‌ی اثر، فاصله‌ی اطمینان بوت‌استرپ، آزمون هم‌ارزی TOST و تحلیل حساسیت مقایسه شدند؛ برابری تجربه‌ی مسافر با ضریب جینی زمان انتظار سنجیده شد.

یافته‌ها: تحلیل توصیفی داده‌ی واقعی نشان داد نرخ تکمیل کلی 5/61٪، نرخ انصراف مسافر 26٪ و نرخ بدون‌راننده 5/12٪ است؛ تقاضا به‌شدت غیریکنواخت بود (نسبت اوج به کمینه حدود ۳۳ برابر، با اوج‌های صبح و عصر) و میانگین روزانه حدود ۳۴۹۲ سفر. تحلیل مکانی یک ناحیه‌ی محتمل کم‌برخوردار از پوشش راننده را بازتاب داد (بخش جنوب-شرق با نرخ تکمیل 9/36٪ و میانگین فاصله‌ی پیکاپ 8/2 کیلومتر، حدود سه برابر میانگین کل). در باران شدید، نرخ تکمیل به 7/54٪ افت کرد بدون افت متناظر در نرخ پذیرش راننده. در ارزیابی الگوریتم‌ها، یافته‌ی برجسته آن بود که الگوریتم بهینه‌ی هانگارین دسته‌ای در حضور رد راننده (نرخ رد 5/74٪ در سطح تک‌پیشنهاد) به‌شدت افت می‌کند (نرخ تکمیل 2/45٪ در برابر 5/62٪ برای قاعده‌ی حریصانه؛ p<0/001؛ d_z برابر 24/8؛ برتری حریصانه در هر ۳۰ بذر)، و تحلیل حساسیت نشان داد این افت در سراسر دامنه‌ی پذیرش پایدار است و در هیچ سطحی برتری معناداری برای هانگارین دسته‌ای دیده نشد (تحلیل شش‌لایه با ۶۵۷۰ اجرا، شامل ابرمکعب لاتین هفت‌بُعدی و چهار طول پنجره‌ی اعزام)؛ افزودن سازوکار حل مجدد این شکاف را جبران کرد. هیچ‌یک از دو سیاست یادگیری تقویتی برتری قابل اتکایی بر قاعده‌ی حریصانه نشان نداد: شبکه‌ی Q اختلاف 13/0− واحد درصد داشت (p یک‌طرفه 680/0) و آزمون TOST هم‌ارزی آن را با حریصانه در حاشیه‌ی ۰/۰۱۵± اثبات کرد؛ شبکه‌ی ارزش اختلاف مرزی 75/0+ واحد درصد داشت (p یک‌طرفه 037/0، فاصله‌ی اطمینان شامل صفر). به‌عنوان شاهد مکمل برابری، شبکه‌ی Q ضریب جینی کمتر زمان انتظار تولید کرد (2984/0 در برابر 3105/0؛ p<0/001) در حالی که شبکه‌ی ارزش تفاوت معناداری نداشت؛ این یافته به‌سبب شکاف کالیبراسیون زمان انتظار اکتشافی است. مجموع یافته‌ها نشان می‌دهد که در طراحی سامانه‌ی تخصیص، مقاومت در برابر عدم‌قطعیت پذیرش بر بهینگی ریاضی صرف اولویت دارد.

نتیجه‌گیری: از منظر مدیریت عملیات، بهینگی ریاضی یک قاعده‌ی تخصیص بدون لحاظ عدم‌قطعیت پذیرش می‌تواند گمراه‌کننده باشد؛ مقاومت در برابر رد راننده عامل تعیین‌کننده‌ی کارایی است و باید معیار اصلی انتخاب الگوریتم باشد. یافته‌ها برای طراحی سامانه‌های تخصیص، پرهیز از تخصیص دسته‌ای بدون حل مجدد و پوشش نواحی کم‌برخوردار کاربرد دارند. محدودیت اصلی، تک‌شهری و شبیه‌سازی‌بودن ارزیابی است که اعتبارسنجی میدانی و گسترش چندشهری را می‌طلبد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Agent-Based Simulation and Comparative Evaluation of Dispatch Algorithms in Ride-Hailing Platform Operations: A Quantitative Study of Real-Time Dispatch Operations with Calibrated Tehran Data

نویسندگان English

Mohammadreza Nazif 1
Mohammadreza Taghizadeh-Yazdi 1
Seyed Mojtaba Sajadi 2
Jalil Heidary Dahooie 1
Ali Mohaghar 1
1 Faculty of Industrial and Technology Management , University of Tehran, Tehran, Iran
2 Aston Business School, Aston University, Birmingham, UK
چکیده English

Introduction. Ride-hailing platforms have become a key component of urban service operations, and managing their efficiency falls within operations management: the real-time allocation of drivers to heterogeneous, uncertain demand. Despite this importance, systematic empirical evidence on these platforms in the Iranian market—and comparative evaluation of dispatch algorithms in the Persian literature—is scarce. This study first describes the Tehran ride-hailing market empirically using a large real dataset, then evaluates six dispatch algorithms (from simple rules to Hungarian optimization and reinforcement learning) in an agent-based simulation calibrated to the same data.

Methods. The study is applied in purpose and quantitative, simulation-based in method. Its empirical basis is 104770 real trips from an active Tehran ride-hailing platform over a 30-day window (20 March – 18 April 2024), anonymized before analysis; the descriptive analyses are performed directly on these data. Because of confidentiality, a representative synthetic dataset is released publicly instead of the raw data. An agent-based simulator (Mesa) was calibrated against five empirical patterns using the pattern-oriented modeling (POM) framework (completion-rate error 1.0%); three of five patterns fall inside the band and the weighted error is 16.5% against a 15% threshold, so POM is not fully met. Six dispatch algorithms were evaluated over 30 independent seeds and compared using the paired Wilcoxon test, effect sizes, bootstrap confidence intervals, the TOST equivalence test, and sensitivity analysis; passenger-experience equity was measured with the waiting-time Gini coefficient.

Results and discussion. The real anonymized data show an overall completion rate of 61.5%, a passenger-cancellation rate of 26.0%, and a no-driver rate of 12.5%; demand is highly non-uniform (peak-to-trough ratio about 33) and averages about 3,492 trips per day. A spatial analysis reflects a likely under-served sector (the south-east, 36.9% completion and a 2.8 km mean pickup distance, roughly three times the overall average), subject to field confirmation. Under heavy rain, the completion rate drops to 54.7% with no corresponding drop in driver acceptance. In the algorithmic evaluation, the salient finding is that the mathematically optimal batch-Hungarian algorithm degrades sharply under driver rejection — the realized offer-level rejection rate in the calibrated environment is 74.5% — (45.2% completion versus 62.5% for the greedy rule; p<0.001; d_z = 8.24; the greedy rule wins on all 30 seeds without exception); the sensitivity analysis shows this degradation is stable across the whole realistic acceptance range, with no level at which batch-Hungarian holds a significant advantage; a six-layer analysis of 6,570 runs, including seven-dimensional Latin-hypercube sampling and four dispatch-window lengths, confirms this, and adding a re-solving mechanism restores performance. Neither reinforcement-learning policy delivers a reliable operational improvement over the greedy rule: the double-Q network differs by −0.13 percentage points (one-sided p = 0.680) and TOST establishes its equivalence to greedy within ±0.015, while the value network shows a borderline +0.75 percentage points (one-sided p = 0.037, CI including zero); equivalence between the two architectures is not established. As a complementary equity signal, the double-Q network produces a lower waiting-time Gini (0.2984 versus 0.3105 for the greedy rule; p < 0.001) whereas the value network shows no significant difference; because of the waiting-time calibration gap this result is exploratory and relies only on the stability of the relative ranking. Collectively, the findings indicate that in dispatch-system design, robustness to acceptance uncertainty takes precedence over pure mathematical optimality.

Conclusions. From an operations-management standpoint, the mathematical optimality of a dispatch rule without accounting for acceptance uncertainty can be misleading; robustness to driver rejection is the decisive performance factor and should be the primary selection criterion. The main limitation is the single-city, simulation-based evaluation, calling for future field validation and multi-city extension.

کلیدواژه‌ها English

Equivalence Testing (TOST)
Gini Coefficient
Pattern-Oriented Calibration
Reinforcement Learning
Robustness to Driver Rejection
Service Operations Management

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 24 شهریور 1405