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    Analysis of a Parallel Machine Scheduling Problem with Sequence Dependent Setup Times and Job Availability Intervals

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    In this study, we propose constraint programming (CP) model and logic-based Benders algorithms in order to make the best decisions for scheduling non-identical jobs with availability intervals and sequence dependent setup times on unrelated parallel machines in a fixed planning horizon. In this problem, each job has a profit, cost and must be assigned to at most one machine in such a way that total profit is maximized. In addition, the total cost has to be less than or equal to a budget level. Computational tests are performed on a real-life case study prepared in collaboration with the U.S. Army Corps of Engineers (USACE). Our initial investigations show that the pure CP model is very efficient in obtaining good quality feasible solutions but, fails to report the optimal solution for the majority of the problem instances. On the other hand, the two logic-based Benders decomposition algorithms are able to obtain near optimal solutions for 86 instances out of 90 examinees. For the remaining instances, they provide a feasible solution. Further investigations show the high quality of the solutions obtained by the pure CP model

    Integrating network design and frequency setting in public transportation networks : a survey

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    This work reviews the literature on models which integrate the network design and the frequency setting phases in public transportation networks. These two phases determine to a large extent the service for the passengers and the operational costs for the operator of the system. The survey puts emphasis on modelling features, i.e., objective cost components and constraints, as well as on algorithmic aspects. Finally, it provides directions for further research

    Integrating network design and frequency setting in public transportation networks: a survey

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    This work reviews the literature on models which integrate the network design and the frequency setting phases in public transportation networks. These two phases determine to a large extent the service for the passengers and the operational costs for the operator of the system. The survey puts emphasis on modelling features, i.e., objective cost components and constraints, as well as on algorithmic aspects. Finally, it provides directions for further research.Peer Reviewe

    Bilevel Optimization for On-Demand Multimodal Transit Systems

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    This study explores the design of an On-Demand Multimodal Transit System (ODMTS) that includes segmented mode switching models that decide whether potential riders adopt the new ODMTS or stay with their personal vehicles. It is motivated by the desire of transit agencies to design their network by taking into account both existing and latent demand, as quality of service improves. The paper presents a bilevel optimization where the leader problem designs the network and each rider has a follower problem to decide her best route through the ODMTS. The bilevel model is solved by a decomposition algorithm that combines traditional Benders cuts with combinatorial cuts to ensure the consistency of mode choices by the leader and follower problems. The approach is evaluated on a case study using historical data from Ann Arbor, Michigan, and a user choice model based on the income levels of the potential transit riders

    Traffic prediction and bilevel network design

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    Cette thèse porte sur la modélisation du trafic dans les réseaux routiers et comment celle-ci est intégrée dans des modèles d'optimisation. Ces deux sujets ont évolué de manière plutôt disjointe: le trafic est prédit par des modèles mathématiques de plus en plus complexes, mais ce progrès n'a pas été incorporé dans les modèles de design de réseau dans lesquels les usagers de la route jouent un rôle crucial. Le but de cet ouvrage est d'intégrer des modèles d'utilités aléatoires calibrés avec de vraies données dans certains modèles biniveaux d'optimisation et ce, par une décomposition de Benders efficace. Cette décomposition particulière s'avère être généralisable par rapport à une grande classe de problèmes communs dans la litérature et permet d'en résoudre des exemples de grande taille. Le premier article présente une méthodologie générale pour utiliser des données GPS d'une flotte de véhicules afin d'estimer les paramètres d'un modèle de demande dit recursive logit. Les traces GPS sont d'abord associées aux liens d'un réseau à l'aide d'un algorithme tenant compte de plusieurs facteurs. Les chemins formés par ces suites de liens et leurs caractéristiques sont utilisés afin d'estimer les paramètres d'un modèle de choix. Ces paramètres représentent la perception qu'ont les usagers de chacune de ces caractéristiques par rapport au choix de leur chemin. Les données utilisées dans cet article proviennent des véhicules appartenant à plusieurs compagnies de transport opérant principalement dans la région de Montréal. Le deuxième article aborde l'intégration d'un modèle de choix de chemin avec utilités aléatoires dans une nouvelle formulation biniveau pour le problème de capture de flot de trafic. Le modèle proposé permet de représenter différents comportements des usagers par rapport à leur choix de chemin en définissant les utilités d'arcs appropriées. Ces utilités sont stochastiques ce qui contribue d'autant plus à capturer un comportement réaliste des usagers. Le modèle biniveau est rendu linéaire à travers l'ajout d'un terme lagrangien basé sur la dualité forte et ceci mène à une décomposition de Benders particulièrement efficace. Les expériences numériques sont principalement menés sur un réseau représentant la ville de Winnipeg ce qui démontre la possibilité de résoudre des problèmes de taille relativement grande. Le troisième article démontre que l'approche du second article peut s'appliquer à une forme particulière de modèles biniveaux qui comprennent plusieurs problèmes différents. La décomposition est d'abord présentée dans un cadre général, puis dans un contexte où le second niveau du modèle biniveau est un problème de plus courts chemins. Afin d'établir que ce contexte inclut plusieurs applications, deux applications distinctes sont adaptées à la forme requise: le transport de matières dangeureuses et la capture de flot de trafic déterministe. Une troisième application, la conception et l'établissement de prix de réseau simultanés, est aussi présentée de manière similaire à l'Annexe B de cette thèse.The subject of this thesis is the modeling of traffic in road networks and its integration in optimization models. In the literature, these two topics have to a large extent evolved independently: traffic is predicted more accurately by increasingly complex mathematical models, but this progress has not been incorporated in network design models where road users play a crucial role. The goal of this work is to integrate random utility models calibrated with real data into bilevel optimization models through an efficient Benders decomposition. This particular decomposition generalizes to a wide class of problems commonly found in the literature and can be used to solved large-scale instances. The first article presents a general methodology to use GPS data gathered from a fleet of vehicles to estimate the parameters of a recursive logit demand model. The GPS traces are first matched to the arcs of a network through an algorithm taking into account various factors. The paths resulting from these sequences of arcs, along with their characteristics, are used to estimate parameters of a choice model. The parameters represent users' perception of each of these characteristics in regards to their path choice behaviour. The data used in this article comes from trucks used by a number of transportation companies operating mainly in the Montreal region. The second article addresses the integration of a random utility maximization model in a new bilevel formulation for the general flow capture problem. The proposed model allows for a representation of different user behaviors in regards to their path choice by defining appropriate arc utilities. These arc utilities are stochastic which further contributes in capturing real user behavior. This bilevel model is linearized through the inclusion of a Lagrangian term based on strong duality which paves the way for a particularly efficient Benders decomposition. The numerical experiments are mostly conducted on a network representing the city of Winnipeg which demonstrates the ability to solve problems of a relatively large size. The third article illustrates how the approach used in the second article can be generalized to a particular form of bilevel models which encompasses many different problems. The decomposition is first presented in a general setting and subsequently in a context where the lower level of the bilevel model is a shortest path problem. In order to demonstrate that this form is general, two distinct applications are adapted to fit the required form: hazmat transportation network design and general flow capture. A third application, joint network design and pricing, is also similarly explored in Appendix B of this thesis
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