Crowdsensing-driven route optimisation algorithms for smart urban mobility

Urban rörlighet anses ofta vara en av de främsta möjliggörarna för en hållbar statsutveckling. Idag skulle det dock kräva ett betydande skifte mot renare och effektivare stadstransporter vilket skulle stödja ökad social och ekonomisk koncentration av resurser i städerna. En viktig prioritet för städer runt om i världen är att stödja medborgarnas rörlighet inom stadsmiljöer medan samtidigt minska trafikstockningar, olyckor och föroreningar. Att utveckla en effektivare och grönare (eller med ett ord; smartare) stadsrörlighet är en av de svåraste problemen att bemöta för stora metropoler. I denna avhandling närmar vi oss problemet från det snabba utvecklingsperspektivet av ITlandskapet i städer vilket möjliggör byggandet av rörlighetslösningar utan stora stora investeringar eller sofistikerad sensortenkik. I synnerhet föreslår vi utnyttjandet av den mobila rörlighetsavkännings, eng. Mobile Crowdsensing (MCS), paradigmen i vilken befolkningen exploaterar sin mobilkommunikation och/eller mobilasensorer med syftet att frivilligt samla, distribuera, lokalt processera och analysera geospecifik information. Rörlighetavkänningssdata (t.ex. händelser, trafikintensitet, buller och luftföroreningar etc.) inhämtad från frivilliga i befolkningen kan ge värdefull information om aktuella rörelsesförhållanden i stad vilka, med adekvata databehandlingsalgoriter, kan användas för att planera människors rörelseflöden inom stadsmiljön. Såtillvida kombineras i denna avhandling två mycket lovande smarta rörlighetsmöjliggörare, eng. Smart Mobility Enablers, nämligen MCS och rese/ruttplanering. Vi kan därmed till viss utsträckning sammanföra forskningsutmaningar från dessa två delar. Vi väljer att separera våra forskningsmål i två delar, dvs forskningssteg: (1) arkitektoniska utmaningar vid design av MCS-system och (2) algoritmiska utmaningar för tillämpningar av MCS-driven ruttplanering. Vi ämnar att visa en logisk forskningsprogression över tiden, med avstamp i mänskligt dirigerade rörelseavkänningssystem som MCS och ett avslut i automatiserade ruttoptimeringsalgoritmer skräddarsydda för specifika MCS-applikationer. Även om vi förlitar oss på heuristiska lösningar och algoritmer för NP-svåra ruttproblem förlitar vi oss på äkta applikationer med syftet att visa på fördelarna med algoritm- och infrastrukturförslagen.La movilidad urbana es considerada una de las principales desencadenantes de un desarrollo urbano sostenible. Sin embargo, hoy en día se requiere una transición hacia un transporte urbano más limpio y más eficiente que soporte una concentración de recursos sociales y económicos cada vez mayor en las ciudades. Una de las principales prioridades para las ciudades de todo el mundo es facilitar la movilidad de los ciudadanos dentro de los entornos urbanos, al mismo tiempo que se reduce la congestión, los accidentes y la contaminación. Sin embargo, desarrollar una movilidad urbana más eficiente y más verde (o en una palabra, más inteligente) es uno de los temas más difíciles de afrontar para las grandes áreas metropolitanas. En esta tesis, abordamos este problema desde la perspectiva de un panorama TIC en rápida evolución que nos permite construir movilidad sin la necesidad de grandes inversiones ni sofisticadas tecnologías de sensores. En particular, proponemos aprovechar el paradigma Mobile Crowdsensing (MCS) en el que los ciudadanos utilizan sus teléfonos móviles y dispositivos, para nosotros recopilar, procesar y analizar localmente información georreferenciada, distribuida voluntariamente. Los datos de movilidad recopilados de ciudadanos que voluntariamente quieren compartirlos (por ejemplo, eventos, intensidad del tráfico, ruido y contaminación del aire, etc.) pueden proporcionar información valiosa sobre las condiciones de movilidad actuales en la ciudad, que con el algoritmo de procesamiento de datos adecuado, pueden utilizarse para enrutar y gestionar el flujo de gente en entornos urbanos. Por lo tanto, en esta tesis combinamos dos prometedoras fuentes de movilidad inteligente: MCS y la planificación de viajes/rutas, uniendo en cierta medida los distintos desafíos de investigación. Hemos dividido nuestros objetivos de investigación en dos etapas: (1) Desafíos arquitectónicos en el diseño de sistemas MCS y (2) Desafíos algorítmicos en la planificación de rutas aprovechando la información del MCS. Nuestro objetivo es demostrar una progresión lógica de la investigación a lo largo del tiempo, comenzando desde los fundamentos de los sistemas de detección centrados en personas, como el MCS, hasta los algoritmos de optimización de rutas diseñados específicamente para la aplicación de estos. Si bien nos centramos en algoritmos y heurísticas para resolver problemas de enrutamiento de clase NP-hard, utilizamos ejemplos de aplicaciones en el mundo real para mostrar las ventajas de los algoritmos e infraestructuras propuestas

A Study of the Static Bicycle Reposition Problem with a Single Vehicle

The Bicycle Sharing System (BSS), a public service system operated by the government or a private company, provides the convenient use of a bicycle as a temporary method of transportation. More specifically, this system allows people to rent a bike from one location, use it for a short time period and then return it to either to the same or a different location for an inexpensive fee. With the development of IT technology in the 1990s, it became possible to balance the bicycle inventory among the various destinations. In fact, a critical aspect to maintaining a satisfactory BSS is effectively rebalancing bicycle inventory across the various stations. In this research, we focus on the static bicycle repositioning problem with a single vehicle which is abstracted from the operation issue in the bicycle sharing system. The mathematical model for the static bicycle reposition problem had been created and several variations had been analyzed. This research starts to solve the problem from a very restrictive and constrained model and relaxes the constraints step by step to approach the real world case scenario. Several realistic assumptions have been considered in our research, such as a limited working time horizon, multiple visit limitation for the same station, multiple trips used for the vehicle, etc. In this research, we use the variable neighborhood search heuristic algorithm as the basic structure to find the solution for the static bicycle reposition problem. The numeric results indicate that our algorithms can provide good quality result within short solving time. By solving such a problem well, in comparison to benchmark algorithms, this research provides a starting place for dynamic bicycle repositioning and multiple vehicle repositioning

An adaptive large neighborhood search heuristic for the share-a-ride problem

The Share-a-Ride Problem (SARP) aims at maximizing the profit of serving a set of passengers and parcels using a set of homogeneous vehicles. We propose an adaptive large neighborhood search (ALNS) heuristic to address the SARP. Furthermore, we study the problem of determining the time slack in a SARP schedule. Our proposed solution approach is tested on three sets of realistic instances. The performance of our heuristic is benchmarked against a mixed integer programming (MIP) solver and the Dial-a-Ride Problem (DARP) test instances. Compared to the MIP solver, our heuristic is superior in both the solution times and the quality of the obtained solutions if the CPU time is limited. We also report new best results for two out of twenty benchmark DARP instances

Optimization of Location-Routing for the Waste Household Appliances Recycling Logistics under the Uncertain Condition

Waste household appliances and electronic products usually contain harmful substances which need scientific and reasonable collection, classification, processing, recovery and disposal to achieve sustainable and effective recycling and utilization. In recent years, due to the poor management of waste household appliances recycling logistics system, safety accidents occur frequently, which seriously harm the health and life safety of the society. This paper studies the risk management of recycling waste household appliances under uncertain conditions and establishes a risk measurement model under fuzzy population density. Considering the multi-stage and classification diversity of waste household appliances recycling logistics, the multi-objective location routing model and location - routing model are established respectively. Based on the model complexity analysis, the solution method of multi-objective model is designed. Finally, the validity of the model and algorithm is verified by examples and tests

Crowdsensing-driven route optimisation algorithms for smart urban mobility

Cotutela Universitat Politècnica de Catalunya i KTH Royal Institute of TechnologyUrban rörlighet anses ofta vara en av de främsta möjliggörarna för en hållbar statsutveckling. Idag skulle det dock kräva ett betydande skifte mot renare och effektivare stadstransporter vilket skulle stödja ökad social och ekonomisk koncentration av resurser i städerna. En viktig prioritet för städer runt om i världen är att stödja medborgarnas rörlighet inom stadsmiljöer medan samtidigt minska trafikstockningar, olyckor och föroreningar. Att utveckla en effektivare och grönare (eller med ett ord; smartare) stadsrörlighet är en av de svåraste problemen att bemöta för stora metropoler. I denna avhandling närmar vi oss problemet från det snabba utvecklingsperspektivet av ITlandskapet i städer vilket möjliggör byggandet av rörlighetslösningar utan stora stora investeringar eller sofistikerad sensortenkik. I synnerhet föreslår vi utnyttjandet av den mobila rörlighetsavkännings, eng. Mobile Crowdsensing (MCS), paradigmen i vilken befolkningen exploaterar sin mobilkommunikation och/eller mobilasensorer med syftet att frivilligt samla, distribuera, lokalt processera och analysera geospecifik information. Rörlighetavkänningssdata (t.ex. händelser, trafikintensitet, buller och luftföroreningar etc.) inhämtad från frivilliga i befolkningen kan ge värdefull information om aktuella rörelsesförhållanden i stad vilka, med adekvata databehandlingsalgoriter, kan användas för att planera människors rörelseflöden inom stadsmiljön. Såtillvida kombineras i denna avhandling två mycket lovande smarta rörlighetsmöjliggörare, eng. Smart Mobility Enablers, nämligen MCS och rese/ruttplanering. Vi kan därmed till viss utsträckning sammanföra forskningsutmaningar från dessa två delar. Vi väljer att separera våra forskningsmål i två delar, dvs forskningssteg: (1) arkitektoniska utmaningar vid design av MCS-system och (2) algoritmiska utmaningar för tillämpningar av MCS-driven ruttplanering. Vi ämnar att visa en logisk forskningsprogression över tiden, med avstamp i mänskligt dirigerade rörelseavkänningssystem som MCS och ett avslut i automatiserade ruttoptimeringsalgoritmer skräddarsydda för specifika MCS-applikationer. Även om vi förlitar oss på heuristiska lösningar och algoritmer för NP-svåra ruttproblem förlitar vi oss på äkta applikationer med syftet att visa på fördelarna med algoritm- och infrastrukturförslagen.La movilidad urbana es considerada una de las principales desencadenantes de un desarrollo urbano sostenible. Sin embargo, hoy en día se requiere una transición hacia un transporte urbano más limpio y más eficiente que soporte una concentración de recursos sociales y económicos cada vez mayor en las ciudades. Una de las principales prioridades para las ciudades de todo el mundo es facilitar la movilidad de los ciudadanos dentro de los entornos urbanos, al mismo tiempo que se reduce la congestión, los accidentes y la contaminación. Sin embargo, desarrollar una movilidad urbana más eficiente y más verde (o en una palabra, más inteligente) es uno de los temas más difíciles de afrontar para las grandes áreas metropolitanas. En esta tesis, abordamos este problema desde la perspectiva de un panorama TIC en rápida evolución que nos permite construir movilidad sin la necesidad de grandes inversiones ni sofisticadas tecnologías de sensores. En particular, proponemos aprovechar el paradigma Mobile Crowdsensing (MCS) en el que los ciudadanos utilizan sus teléfonos móviles y dispositivos, para nosotros recopilar, procesar y analizar localmente información georreferenciada, distribuida voluntariamente. Los datos de movilidad recopilados de ciudadanos que voluntariamente quieren compartirlos (por ejemplo, eventos, intensidad del tráfico, ruido y contaminación del aire, etc.) pueden proporcionar información valiosa sobre las condiciones de movilidad actuales en la ciudad, que con el algoritmo de procesamiento de datos adecuado, pueden utilizarse para enrutar y gestionar el flujo de gente en entornos urbanos. Por lo tanto, en esta tesis combinamos dos prometedoras fuentes de movilidad inteligente: MCS y la planificación de viajes/rutas, uniendo en cierta medida los distintos desafíos de investigación. Hemos dividido nuestros objetivos de investigación en dos etapas: (1) Desafíos arquitectónicos en el diseño de sistemas MCS y (2) Desafíos algorítmicos en la planificación de rutas aprovechando la información del MCS. Nuestro objetivo es demostrar una progresión lógica de la investigación a lo largo del tiempo, comenzando desde los fundamentos de los sistemas de detección centrados en personas, como el MCS, hasta los algoritmos de optimización de rutas diseñados específicamente para la aplicación de estos. Si bien nos centramos en algoritmos y heurísticas para resolver problemas de enrutamiento de clase NP-hard, utilizamos ejemplos de aplicaciones en el mundo real para mostrar las ventajas de los algoritmos e infraestructuras propuestas.Postprint (published version

A stochastic variable size bin packing problem with time constraints

In this paper, we extend the classical Variable Size Bin Packing Problem (VS-BPP) by adding time features to both bins and items. Speciffically, the bins act as machines that process the assigned batch of items with a fixed processing time. Hence, the items are available for processing at given times and are penalized for tardiness. Within this extension we also consider a stochastic variant, where the arrival times of the items have a discrete probability distribution. To solve these models, we build a Markov Chain Monte Carlo (MCMC) heuristic. We provide numerical tests to show the different decision making processes when time constraints and stochasticity are added to VSBPP instances. The results show that these new models entail safer and higher cost solutions. We also compare the performance of the MCMC heuristic and an industrial solver to show the effciency and the effcacy of our method

IEEE Access Special Section Editorial: Big Data Technology and Applications in Intelligent Transportation

During the last few years, information technology and transportation industries, along with automotive manufacturers and academia, are focusing on leveraging intelligent transportation systems (ITS) to improve services related to driver experience, connected cars, Internet data plans for vehicles, traffic infrastructure, urban transportation systems, traffic collaborative management, road traffic accidents analysis, road traffic flow prediction, public transportation service plan, personal travel route plans, and the development of an effective ecosystem for vehicles, drivers, traffic controllers, city planners, and transportation applications. Moreover, the emerging technologies of the Internet of Things (IoT) and cloud computing have provided unprecedented opportunities for the development and realization of innovative intelligent transportation systems where sensors and mobile devices can gather information and cloud computing, allowing knowledge discovery, information sharing, and supported decision making. However, the development of such data-driven ITS requires the integration, processing, and analysis of plentiful information obtained from millions of vehicles, traffic infrastructures, smartphones, and other collaborative systems like weather stations and road safety and early warning systems. The huge amount of data generated by ITS devices is only of value if utilized in data analytics for decision-making such as accident prevention and detection, controlling road risks, reducing traffic carbon emissions, and other applications which bring big data analytics into the picture

Thirty years of heterogeneous vehicle routing

It has been around thirty years since the heterogeneous vehicle routing problem was introduced, and significant progress has since been made on this problem and its variants. The aim of this survey paper is to classify and review the literature on heterogeneous vehicle routing problems. The paper also presents a comparative analysis of the metaheuristic algorithms that have been proposed for these problems