Modélisation UML pour une architecture coopérative appliquée au problème de tournées de véhicules avec fenêtres de temps

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal

Approche évolutionnaire pour la planification d'itinéraires dans un environnement dynamique

Le problème de planification d'itinéraires dans un environnement dynamique est un problème complexe. Ce problème est d'autant plus difficile que les décisions doivent se prendre dans un temps limité, en se basant sur des informations incertaines et qui évoluent dans le temps. Nous nous sommes intéressés aux méthodes métaheuristiques, et plus particulièrement aux algorithmes génétiques pour résoudre ce problème. Plusieurs approches habituellement proposées pour ce problème sont purement prescriptives et ne garantissent que la convergence vers une solution réalisable au détriment de l'optimalité. De plus, les approches basées sur les algorithmes génétiques souffrent toutes du problème de calibrage des paramètres, une étape importante quand quelqu'un décide de les utiliser. Notre thèse s'inscrit dans le cadre de cette nouvelle direction de recherche et puise sa motivation plus particulièrement dans la volonté de répondre à quelques-unes des problématiques rencontrées dans des applications temps-réel. Nous proposons une approche générique utilisant un processus évolutionnaire à deux niveaux pour régler le problème de calibrage de combinaisons d'opérateurs dans les algorithmes génétiques. Nous avons développé une stratégie d'attente qui exploite des connaissances probabilistes sur les événements futurs afin de produire des solutions robustes et de meilleure qualité en temps réel. De plus, dans le cas des problèmes de transport utilisant des flottes de véhicules (pour la distribution des biens et services), l'approche proposée reflète la réalité de façon plus adéquate en considérant différentes situations observées en pratique comme des temps de voyage variables, et en intégrant des stratégies et mécanismes appropriés pour chacune des situations identifiées. Nous avons présenté une vision plus large du concept de diversion et nous avons introduit une condition d'acceptation d'une diversion dans la planification d'itinéraires en temps réel. Afin de faire face aux pressions temporelles inhérentes à un contexte dynamique, nous avons opté pour des implantations parallèles afin d'accélérer les temps de réponse. Enfin, des tests numériques ont été réalisés à l'aide de simulations utilisant une adaptation des instances de problèmes de Solomon pour le problème de tournées de véhicules avec fenêtres de temps (VRPTW). Dans ce problème, il s'agit d'affecter des requêtes de clients qui arrivent en temps réel à une flotte de véhicules en mouvement. Ce processus implique aussi la construction simultanée d'un ensemble d'itinéraires planifiés qui satisfont la demande, tout en respectant diverses contraintes. Afin de minimiser les biais, le même jeu de données utilisé dans la littérature pour le VRPTW dynamique a été employé pour réaliser notre étude. Les résultats numériques confirment la pertinence des différentes stratégies que nous avons développées et la supériorité de notre approche de planification d'itinéraires en temps réel comparativement à d'autres méthodes proposées dans la littérature

Hybridation d’algorithme génétique pour les problèmes des véhicules intelligents autonomes : applications aux infrastructures portuaires de moyenne taille

The objective of our work is to develop a container assignment system for intelligent autonomous vehicles (AIVS) in a container terminal. Given the complexity of this problem, it was proposed to decompose it into three problems: The problem of dispatching containers to AIVS, the AIVS routing problem and the problem of scheduling containers to queues of AIVS. To achieve this goal, we developed in the first phase, a static system for multi-objective problem to optimize the total duration of the containers transportation, the waiting time of vehicles at loading points and the equilibrium of working time between vehicles. The approach used was the genetic algorithm (GA). This approach was applied to optimize only the assignment operation without influence on the choice of the path traveled by each AIV. An extension of this work was then made to improve the results found. For this purpose, a comparative study was carried out between three approaches: The first approach is the AG, the second approach is the GA and the Dijkstra algorithm (DIJK) that was used to find the shortest path for each vehicle and the third approach is the AG and DIJK and heuristic (HEUR) which was proposed to choose the nearest vehicle of each container. The numerical study showed the best performance of the AG & DJK & HEUR approach over the other two approaches. In the second phase of our project, the robustness of our system in a dynamic environment has been studied. A delay of the arrival of a ship at the port or malfunction of one of any equipment of the port can cause a delay of one of the operations of loading or unloading process. This will affect the container assignment operation. The idea was to add new containers to vehicles that are already unavailable. The traffic can also cause a delay in arrival of the vehicle at the position of the container or the unavailability of one of the paths crossing point. These cases were investigated experimentally, numerical results showed the robustness of our approach to dynamic case.L’objectif de ce travail est de développer un système d’affectation des conteneurs aux véhicules autonomes intelligents (AIVs) dans un terminal à conteneurs. Dans la première phase, on a développé un système statique pour résoudre le problème multi-objectif optimisant la durée totale des opérations de déplacement des conteneurs, le temps d’attente des véhicules aux niveaux de points de chargement et de déchargement et l’équilibre de temps de travail entre les véhicules. L’approche proposée est l’algorithme génétique(AG). Une extension de cette approche a été ensuite effectuée pour corriger les limites de la précédente. Pour choisir la meilleure approche, une étude comparative a été réalisée entre trois approches : AG, AG & DIJK et AG & DIJK & HEUR. Les résultats numérique ont montré que l’approche AG & DIJK & HEUR est meilleure. Dans la deuxième phase, on a étudié la robustesse de notre système dans un environnement dynamique. Un retard de l’arrivée d’un navire au port ou un dysfonctionnement de l’un des équipements peutperturber le planning des opérations et donc influencer sur les opérations d’affectation des conteneurs. L’idée était d’ajouter les nouveaux conteneurs aux véhicules qui sont déjà non disponibles. D’autres cas de perturbation comme la congestion routière, la non disponibilité de certaines portions de la routes ont été étudiés expérimentalementEt les résultats numériques ont montré la robustesse de notre approche pour le cas dynamique.Mots-clés : Conteneurs, AIV, routage, optimisation, algorithme génetique, environnement dynamique

Optimisation de la localisation et la configuration d’infrastructures de recharge pour une flotte de taxis électriques

RÉSUMÉ : Les enjeux actuels autour de l’écologie et du développement de nouveaux modes de transport moins polluants nous amènent à aborder de nouvelles problématiques. Celles traitées dans ce mémoire ont été initiées par le lancement du projet pilote de l’entreprise Taxelco : Téo Taxi, qui a introduit une flotte de taxis électriques à Montréal en novembre 2015. La mise en place et le fonctionnement d’une telle flotte conduit à diverses interrogations, dont notamment celle de la localisation des infrastructures de recharge. Nous proposons de traiter cette problématique en trois étapes : la localisation des infrastructures de recharge, l’attribution des courses aux véhicules et la configuration des stations. Ces trois problèmes sont formulés en programmes linéaires, dont les objectifs sont de minimiser les distances d’accès aux sites de recharge, pour les modèles de localisation et de configuration et de minimiser le nombre de véhicules en service, pour le modèle d’attribution des courses. Les modèles de localisation et de configuration prennent en compte en entrée un ensemble de données de courses représenté par une matrice de déplacements interzones. L’objectif de ces modèles est de localiser les sites de recharge à proximité des zones les plus visitées (zones accueillant le plus d’extrémités de courses). Chacune des zones est alors associée à un et un seul site de recharge. La configuration vise à répartir un nombre de bornes donné sur les différents sites localisés, en tenant compte alors du nombre de déplacements associés à chaque site. Le modèle d’attribution des courses consiste en un modèle de flux dans un réseau, pour lequel on souhaite satisfaire la totalité des courses en entrée avec un minimum de véhicules, nous prenons également en compte le problème de la recharge des taxis et la localisation des stations déterminée préalablement. Les modèles mathématiques mentionnés sont développés sous AIMMS ou AMPL et résolus par le solveur CPLEX. Les différentes expériences présentées dans ce mémoire sont appliquées au projet Téo Taxi et traitent donc de cas spécifiques rencontrés sur le développement de cette flotte de taxis électriques. Nous prenons en compte l’état actuel de leur réseau de recharge, ainsi que des diverses améliorations et modifications envisagées. Ces expériences sont possibles et pertinentes grâce à l’ensemble des données fournies par Téo Taxi. Nous élaborons donc une série d’expériences, compte tenu de l’état du réseau de recharge de Téo Taxi en mars 2017 : trois sites répartis sur l’île de Montréal et un quatrième site envisagé. Ces expériences ont pour but de localiser optimalement trois sites de recharge puis quatre sites sur le territoire d’étude et enfin de considérer les trois sites de recharge de Téo Taxi afin de localiser optimalement uniquement un quatrième site. Nous utilisons alors le modèle d’attribution comme outil de simulation pour évaluer les différentes localisations et déterminer la sollicitation des différentes stations, sur le cas d’une journée de service. Enfin, pour l’étape de configuration des stations, nous répartissons, tout d’abord, 50 bornes entre les stations de recharge pour tous les cas de localisation, puis nous nous appuyons sur les résultats précédents concernant la sollicitation des stations pour établir des comparaisons. Une seconde série d’expériences est ensuite réalisée selon la même approche, en tenant compte des évolutions du réseau de recharge de Téo Taxi en avril 2017 : quatre sites Téo et deux sites supplémentaires envisagés. Les résultats mis en évidence par la résolution du modèle de localisation révèlent les gains potentiels des localisations optimisées des stations. En effet, sur la première série d’expériences, les gains sur le temps total d’accès aux stations de recharge sont évalués entre 20 et 30%, pour les localisations optimisées par rapport aux localisations de Téo Taxi. L’importance d’une répartition optimale de bornes de recharge aux stations est, quant à elle, prouvée par le modèle de configuration. Les résultats présentés démontrent que toutes les stations ne sont pas sollicitées de la même manière et que certaines se doivent de proposer plus de bornes de recharge, car elles sont susceptibles d’accueillir plus de véhicules. Les simulations réalisées sur le seul exemple du 10 octobre 2016 ne permettent pas de conforter ces résultats car l’échantillon est trop restreint. Cependant, le modèle d’attribution, en tant qu’outil de simulation, devrait permettre une validation de ces résultats avec un plan d’expérience plus étendu.----------ABSTRACT : The current challenges concerning ecology and the development of less polluting transportation, lead us to address new issues. With this master thesis in collaboration with Taxelco, we discuss some of them. Indeed, Taxelco launched, in November 2015, an electric taxis fleet in Montreal, named Teo Taxi. This project brings new questions, nonetheless our work focuses mainly on charging station location. We address this problem in a three-step approach: charging facilities location, trip allocation to vehicles and stations configuration. These three problems are formulated using linear programming. With the location and configuration models, we seek to minimize the access distance to charging stations, while with the allocation model, we seek to minimize the number of taxis working. The location and configuration models use as input the trip data, represented by a from-to matrix, to locate the charging facilities close to the most visited areas. Then each area is linked with only one charging station. Looking at the trips matrix, the configuration model is used to allocate chargers to stations. The allocation model is formulated as a flow network and aims at satisfying the entire demand with a minimum of taxis. This model includes the locations determined by the charging problem. These three models are developed under AIMMS or AMPL and solved by the solver CPLEX. We use the Teo Taxi case and the specificities of this electric taxis fleet to make different experiments. With those experiments we considered Teo Taxi strategic decisions and development. Thanks to the data provided by Teo Taxi, we present relevant tests. So, we planned experiments based on the existing charging network in March 2017: three Teo stations and a fourth potential one. With those experiments we looked at optimal locations: three optimal stations, four optimal stations and a fourth optimal station with the three current ones. Then with the allocation model, used as a simulation tool, we evaluated the different locations and showed the demand at each station. Finally, we allocated 50 chargers to the stations, with the configuration model, and used the previous results on stations use for comparisons. Then, we repeated the same approach on the charging network updated in April 2017: four Teo stations and two other potential stations. The results provided by the location model show potential gains with the optimized stations locations. Indeed, on the first experiment, we show gains on total access time of around 20 and 30%, with an optimal location against Teo’s one. The configuration model results show how the optimal distribution of chargers at stations is significant. In fact, the charging demand is different at each station, so some has to provide more chargers than others. Finally, we use the case of one day (10 October 2016) to simulate different locations, but with this single day we were not able to confirm previous results, because of the restricted sample. However, we can use the allocation model as a simulation tool to validate those results with more elaborate tests

Rendre opérationnel le développement durable : de la stratégie à la concrétisation des projets chez un prestataire de services logistiques

Even though sustainable development continues to grow, it is difficult to implement in a company’s everyday operations. Particularly, the sector of transportation and logistics is struggling to reduce its environmental and social impacts. This research aims to compare the theoretical foundations of sustainable development to the practices of a Third Party Logistics Provider "3PL". It helps to understand the process of the emergence of a sustainable development policy in a business: Corporate Social Responsibility "CSR" and to participate in the development of projects that highlight the tensions between environmental or social impacts and the economic imperative. The result is a new approach to put into practice sustainable development through improvement and optimization projects related to the business at different levels (strategic, tactical and operational) and in several areas (transportation, handling and storage). Mix integer programming optimization model for platform location and flows assignment, vehicle routing and data analysis of eco-driving have been developed and applied in the company for this purpose. The cases studied in this thesis show that for some types of projects, economic interest and response to the requirements of CSR evolve in the same direction. For others, a compromise between the economic, social and environmental factors could be a good solution pending new technologies that would ensure sustainable solutions.Si le développement durable continue à connaitre un véritable essor, sa déclinaison dans les opérations reste une mission complexe pour les entreprises. En particulier dans le secteur du transport et de la logistique qui peine à réduire ses impacts environnementaux et sociaux. Cette recherche se propose de confronter les fondements théoriques du développement durable aux pratiques d’un prestataire de services logistiques « PSL ». Il s’agit de comprendre le processus d’émergence d’une politique de développement durable dans une entreprise : la Responsabilité Sociale de l’Entreprise « RSE » et de participer au développement de certains projets qui mettent en lumière les tensions entre impacts environnementaux ou sociaux et impératif économique. Il en résulte une nouvelle approche pour rendre opérationnel le développement durable à l’aide des projets de conception, d’amélioration et d’optimisation liés au métier, à différents niveaux (stratégique, tactique et opérationnel) et sur des périmètres variables (transport, préparation et entreposage). Des modèles d’optimisation de type PLNE de localisation affectation des flux, de tournées de véhicule et d’analyse de données sur l’éco conduite ont été développés et appliqués dans l’entreprise à cette fin. Les différents cas étudiés dans cette thèse démontrent que pour certains types de projets, l’intérêt économique et la réponse aux exigences de la RSE évoluent dans le même sens. Pour d’autres, un compromis entre les axes économique, social et environnemental pourrait être une solution viable en attendant les progrès technologiques qui permettraient d’assurer des solutions durables

Modèle multi-agents d'aide à la décision pour la gestion des services préhospitaliers d'urgence

La nécessité de mieux comprendre et maîtriser la complexité des systèmes d’information exige le développement de nouvelles méthodes de modélisation et de résolution de problèmes. Ce travail de recherche s’intéresse à la conception et la modélisation d’un système d’aide à la décision dans lequel le savoir et les compétences de l’expert permettent d’analyser et de proposer de nouveaux modèles multi-agents. Le développement d’un tel modèle relève un certain nombre de difficultés de conception, liés notamment à l’efficience et l’efficacité du processus de calcul et de résolution du problème, auxquels on apporte des éléments de solution. Beaucoup de systèmes complexes se caractérisent par des dynamiques non linéaires, désordonnées et aléatoires, en résumé compliquées dans le sens où leur assimilation demande du temps et du talent. Les méthodes mathématiques classiques (équations différentielles, modèles probabilistes, etc.) peuvent s’avérer inappropriées pour modéliser de tels systèmes dans lesquels l’interaction occupe un rôle très important. La modélisation à base d’agents réactifs est l’une des techniques de modélisation microscopique les plus répandues. Pourquoi choisir une modélisation orientée agent plutôt qu’un autre méta-modèle de modélisation? Premièrement, le modèle agent est très riche. Il aide ainsi le concepteur à schématiser facilement des processus qualitatifs et quantitatifs et permet d’interagir des entités hétérogènes aux architectures diverses. Pourtant, la raison principale est souvent liée à la vocation de modélisation : bien appréhender la relation entre actions/comportements individuels et action/comportement collectif. Ce travail est mené principalement dans un cadre applicatif lié au problème de planification et de gestion des services préhospitaliers d’urgence (SPU). En effet, on trouve un ensemble de recherches qui traitent le sujet de la gestion et de la planification des SPU. Chaque travail de recherche traite une problématique bien spécifique de ce domaine, soit la confection des horaires des ambulanciers, soit la gestion de la demande en services préhospitaliers, ou la gestion des véhicules/ambulances, etc. Cette thèse s’intéresse à la problématique de planification des services préhospitaliers d’urgence afin de mieux répondre à la demande de service et par conséquence diminuer le temps-réponse des ambulanciers. Elle adopte une approche de résolution globale et intégrée. Elle vise la proposition d’un modèle sous forme de différentes composantes d’aide à la décision. Elle intègre des techniques d’optimisation touchant à la fois la planification des horaires, la gestion des remplacements, la gestion de la flotte de véhicules, la gestion de la capacité des dépôts, la couverture de la demande et la gestion des événements spéciaux. Le modèle proposé est basé sur une architecture multi-agents et permet de répondre aux contraintes et aux aléas survenus lors de la planification des SPU. Le travail réalisé dans le cadre de cette thèse est articulé autour de trois articles suivants : • « Integrated and global approach (IGAP) based on multi-agent systems for the management of prehospital emergency services », soumis à Computers & Industrial Engineering de Elsevier. Cet article présente une introduction aux systèmes multiagents appliqués aux SPU et propose une nouvelle approche globale et intégrée pour sa résolution appelée IGAP. • « Scheduling Model for Prehospital Emergency Services », soumis à l’European Journal of Operational Research de Elsevier. Cet article traite le problème de confection d’horaires des techniciens ambulanciers. Notre contribution réside dans la proposition d’un modèle mathématique appelé « set covering » qui résout un problème de couverture intégré dans un nouveau système suffisamment flexible de confection d’horaires. • « Multi-Agent Decision-Making Support Model for the Management of Prehospital Emergency Services », publié dans International Journal of Machine Learning and Computing, de IACSIT. Cet article porte sur le thème de la modélisation et de l’aide à la décision dans le cadre des systèmes complexes dont on propose une architecture à base d’agents d’aide à la décision dédiée à la gestion des services préhospitaliers d’urgence

Logistique hospitalière à l'aide de robots mobiles reconfigurables

Ce manuscrit expose notre travail dans le cadre du projet IWARD et détaille la couche de gestion et de décision du groupement de robots. Ce projet avait comme objectif d assister le personnel médical dans leur travail, ceci est réalisé en utilisant des robots mobiles, reconfigurables, et rechargeables. Ces robots sont conçus pour effectuer des taches logistiques comme : Le transport de médicaments, le nettoyage, le guidage des patients, la surveillance et la téléconsultation. Dans la première partie de la thèse nous présenterons le problème stratégique qui consiste à déterminer les plannings de rechargement des robots, la configuration des robots opérationnels ainsi que la localisation des stations d attentes des robots lorsqu ils sont en état de veille. Différentes hiérarchies à plusieurs niveaux de décisions, sont formulées comme des programmes linéaires en nombres entiers. Des formulations utilisant l approche de génération de colonnes sont aussi développées pour résoudre ces problèmes. Dans la deuxième partie, le problème tactique est exposé, ceci consiste à affecter les taches arrivantes aux différents robots et d ordonnancer dynamiquement l exécution ces missions. Deux approches sont inspectées une version centralisée utilisant les algorithmes évolutionnaires et une autre version distribuée utilisant les algorithmes d enchères inversées. Afin de mettre à l épreuve ces deux approches, une simulation a événements discrets a été conçue et développée spécifiquement pour le projet, permettant ainsi d évaluer ces deux approches.Due to the expansion of the life duration and the shortage of medical personal in hospitals the EU funded IWARD project as part of the IFP6 program. The aims of this project were to assist the medical personnel in logistic and non medical tasks (transport, cleaning, environmental monitoring, guidance and tele-monitoring) through the usage of mobile, reconfigurable, rechargeable robots, thus letting the Medical staff to concentrate on medical aspects of their work.This thesis was part of this project, and our work consisted on developing a decision making framework for the team of robots.In the first part of the thesis, we address the strategic decisions essentially the: (i) the robots home station location problem, (ii) Robot s reconfiguration problems and (iii) Robots recharging scheduling. We formulate those problems as a linear problems and we propose to solve them using Mixed Integer Programming (MIP). We also present a formulation using a column generation approach to solve those problems.In the later part we address the tactical problems, mainly the mission assignment, the mission scheduling and rescheduling. We present two different approaches; a centralized decision finder implemented using genetic algorithms. And a decentralized approach using auction like and market based algorithms in order to provided collaborative decision making framework.Finally we compare those two approaches using a custom made discrete event simulation (DES).ST ETIENNE-ENS des Mines (422182304) / SudocSudocFranceF

Techniques avancées d'optimisation pour la résolution du problème de stockage de conteneurs dans un port

The loading and unloading of containers and their temporary storage in the container terminal are the most important and complex operation in seaport terminals. It is highly inter-related with the routing of yard crane and truck and their costs increased significantly especially without an efficient terminal management. To improve this process, an efficiency decision for the container storage space allocation must be taken.In this thesis, we studied the container storage problem (CSP). It falls into the category of NP hard and NP complete problems. CSP consists on finding the most suitable storage location for incoming containers that minimizes rehandling operations of containers during their transfer to the ship, truck or train. In fact, the wait time of customer trucks, the transfer time of yard crane and the Ship turnaround time are advantageously reduced.Generally, this problem is studied considering a single container type. However, this does not stand the problem under its real-life statement as there are multiple container types that should be considered, (refrigerated, open side, empty, dry, open top and tank). Often, containers arrive at the port dynamically over time and have an uncertain departure date (ship delayed, a ship down, delayed arrival of customer trucks…). Indeed, CSP must be studied in dynamic aspectThe objective of this thesis is to study Static CSP for a single and various container type and dynamic CSP for ONE and several container types and to propose solutions for each of them. Genetic algorithm and Harmony Search algorithm are used to solve these problems and we compare the results of each approach with the LIFO algorithmLe chargement/déchargement des conteneurs et leurs stockages provisoires dans le port est la plus importante et complexe tâche dans les terminaux portuaires. Elle est fortement liée au routage des grues de quai et son coût augmente considérablement surtout en absence d’une gestion efficace du terminal. Dans ce travail, nous étudions le problème de stockage des conteneurs (PSC). Il appartient à la catégorie des problèmes NP-difficiles et NP-complets. PSC consiste à déterminer un plan d’arrangement des conteneurs destinés à l’import et à l’export dans le port qui minimise les remaniements ultérieurs lors de leur transfert vers le bateau, camion ou train. En effet, le temps d'attente des camions des clients, le temps de transfert des grues de quai et le temps nécessaire au chargement/déchargement du navire sont avantageusement réduits. PSC est généralement étudié en considérant un seul type de conteneur. Cependant, plusieurs types de conteneurs sont utilisés dans les ports maritimes (dry, réfrigérés, toit ouvert,...). En outre, le problème de stockage de conteneurs peut être traité de façon statique ou dynamique (date d’arrivée et de départ des conteneurs incertains).L’objectif de cette thèse est de résoudre le PSC statique et le PSC dynamique pour un seul et plusieurs types de conteneurs en utilisant deux métaheuristiques : l’algorithme génétique, la recherche harmoniquePour vérifier la performance de chacune des approches proposées, une étude comparative des résultats générés par chaque méthode ainsi que celle de l’algorithme LIFO est établi

Prospective créative énergie habitat territoires. Rapport de synthèse

Pour répondre aux enjeux de la transition énergétique, des chercheurs en Sciences Humaines et Sociales, en Sciences pour l’Ingénieur et en Architecture ont collaboré depuis 2013 dans le cadre de l'atelier «Prospective Créative Énergie Habitat Territoires» soutenu par l’ARC Energie de la Région Rhône-Alpes. Ils ont identifié les questionnements sociétaux et professionnels qui nécessitent des approches interdisciplinaires. Des projets de recherche ont été esquissés. Présentés à une cinquantaine d'acteurs de la R&D et de l'innovation urbaine, ils ont fait l'objet de fiches thématiques commentées par des grands témoins :- Coordination des systèmes énergétiques dans les espaces urbanisés- Nouveaux services pour le secteur du bâtiment- Résilience des bâtiments, des réseaux et du territoire- Conception collaborative centrée utilisateur- Généralisation des innovation