Application of Big Data Analytics for Understanding the Complexity of Vehicle Routing Problems

Application of Big Data Analytics for Understanding the Complexity of Vehicle Routing Problem

Statistical pattern classifier in machine vision quality control

Konenäkölaadunvalvonnalla pyritään takaamaan valmistettavien tuotteiden ja tuotannon laatu. Automatisoitu virheidentunnistus ja luokittelu parantaa laadunvalvonnan luotettavuutta, vaikeiden ongelmien ratkaisukykyä ja prosessin seurantaa. Käyttämällä tilastollista luokittelijaa lisätään konenäkölaadunvalvontajärjestelmän käyttökelpoisuutta laaduntakaamisprosessin työkaluna. Virheen tyypin luotettava tunnistaminen on kuitenkin osoittautunut ongelmalliseksi, minkä vuoksi useat alan tutkimukset keskittyvät yhden tietyn tuotteen tarkastamisessa esiintyviin luokitteluongelmiin. Tässä työssä esitelty luokittelijaohjelmisto tarjoaa menetelmiä konenäkölaadunvalvonnassa esiintyvien luokittelutehtävien ratkaisemiseen. Työllä oli kolme tavoitetta. Ensimmäisenä tavoitteena oli esitellä konenäkölaadunvalvonnan ammattilaisille joukko käyttökelpoisia visuaalisten virheiden luokittelumenetelmiä. Toisena tavoitteena oli tutkia, miten nämä menetelmät soveltuvat erilaisiin konenäkölaadunvalvonnan luokittelutehtäviin. Kolmas tavoite oli tuottaa työn aikana tilaajan olemassa olevien järjestelmien kanssa yhteensopiva luokittelukirjasto. Toisen ja kolmannen tavoitteen saavuttamiseksi valittiin toteutettavaksi ne luokittimet, joiden ennakoitiin soveltuvan käytettäväksi konenäkölaadunvalvonnassa. Kirjallisuudesta valittuja testiaineistoja käytettiin toteutettujen luokittimien oikean toiminnan tarkistamiseen. Konenäkölaadunvalvonta-alan testiaineistolla testattiin luokittimien selviytymistä erilaisista laadunvalvontatehtävistä. Luokittimien erot etsittiin vertailemalla virheluokitusten yleisyyttä ja laskennallisia suoritusaikavaatimuksia. Saatujen tulosten avulla analysoitiin toteutettujen tilastollisten luokittimien soveltuvuutta erilaisiin konenäkölaadunvalvonnassa esiintyviin luokitteluongelmiin. Tämän työn taustalla oli visio kokonaisvaltaisesta laadunvalvontajärjestelmästä, johon luokitin olennaisena osana kuuluu. Luokitin tekee laadunvalvontajärjestelmästä voimakkaan laadun takaamisen työkalun, sillä visuaalisten virheiden luokittelutieto mahdollistaa laadunvalvonnan, tiedonkeruujärjestelmien, raportointijärjestelmien ja ennen kaikkea tuotantoprosessin kehittämisen. /Kir1

Risteilyohjuksen tuomat muutokset taktisten periaatteiden ilmenemiseen Suomen ilmavoimissa

Suomen ilmavoimat ovat varustamassa F-18C/D Hornet -hävittäjäkalustonsa ilmasta maahan -asejärjestelmillä, mikä tarkoittaa ilmasta maahan -kyvyn palaamista suomalaisille ensimmäistä kertaa vuonna 1947 kirjoitetun Pariisin rauhansopimuksen jälkeen. Yksi kyseisiin asejärjestelmiin lukeutuvista järjestelmistä on tässä tutkielmassa tarkasteltava AGM-158 JASSM -risteilyohjus. Uusi suorituskyky tulee mahdollistamaan Suomen ilmavoimien hävittäjien käyttöperiaatteisiin hyökkäykselliset operaatiot, mutta kalustoresurssien asettamat rajoitukset luovat omat haasteensa toiminnan suunnittelulle. Muutokset tulevat näkymään Suomen ilmavoimien ja koko Puolustusvoimien toiminnassa monella tavalla, mutta tutkielma painottuu pohtimaan uuden suorituskyvyn tuomia muutoksia sodan ajan hävittäjätoimintaan taktisten periaatteiden näkökulmasta. Tutkielman päätutkimuskysymyksenä on: Mitä muutoksia risteilyohjuksen käyttöönotto aiheuttaa taktisten periaatteiden ilmenemiseen Suomen ilmavoimien sodan ajan hävittäjätoiminnassa? Alakysymyksinä pääkysymystä avaamassa ovat: Millaisia ovat Suomen ilmavoimien hävittäjien käyttöperiaatteet sekä miten taktiset periaatteet ilmenevät Suomen ilmavoimien sodan ajan hävittäjätoiminnassa? Tutkimusmenetelmänä käytetään teorialähtöistä sisällönanalyysiä, joten aineisto on kerätty pääpainoisesti kirjallisuudesta. Muina lähteinä toimivat aikaisemmat tutkimukset, lehtiartikkelit, asiakirjat sekä internet. Tutkielmassa käytetyn aineiston perusteella päädytään siihen tulokseen, että hävittäjästä laukaistavan risteilyohjuksen tuomat muutokset Suomen ilmavoimien sodan ajan hävittäjätoimintaan ilmenevät selvimmin aktiivisen toiminnan ja yllätykseen pyrkimisen periaatteina. Muutokset ilmenevät myös päämäärän ja tehtävän selkeyden, voimien vaikutuksen keskittämisen sekä voimien taloudellisen käytön periaatteissa, mutta niiden kohdalla muutokset ovat välillisempiä. Hävittäjien käyttöperiaatteisiin nousevat hyökkäykselliset operaatiot tarkoittavat Suomen ilmavoimien tapauksessa yksittäisiä vastaiskuja vihollisen hyökkäyksen kannalta tärkeisiin kohteisiin sekä muiden puolustushaarojen tukemiseksi suoritettavia operaatioita. Hyökkäyksellisellä toiminnalla edesautetaan todellisen päämäärän saavuttamista, mutta hyökkäyksellisten operaatioiden suorittamisen edellyttäessä edes hetkellistä ilmaherruutta, vaatii kyseisten operaatioiden suorittaminen ensin vihollisen ensi-iskun onnistuneen torjunnan

Toward Automatic Customization of Vehicle Routing Systems

This thesis was motivated by the desire to make the state-of-the-art vehicle routing problem models and algorithms more convenient for a non-expert to use. Currently, heavy customization is required whenever route optimization technology is adapted to solve new real-life routing problems. A critical part of this tailoring process involves choosing a suitable optimization algorithm and configuring its parameters; this requires developing a deep understanding of vehicle routing problems, their solution algorithms, and the software systems built around them. However, given that such information can be captured and represented as numerical feature values, machine learning can be used to find and exploit the patterns in the variation of algorithm performance. This dissertation proposes a framework for automating the customization of different components and data transformations within a vehicle routing system. This is accompanied by a comprehensive set of empirical experiments that were conducted to verify the feasibility of the proposed approach. As such, this dissertation furthers our understanding of the vehicle routing problem instances, algorithms, and their search spaces. It also provides suggestions and evidence on how to effectively use the automatic algorithm configuration and algorithm selection techniques in an automated vehicle routing system customization context. The findings of this work indicate that meta-optimization is a promising approach that allows more convenient and effective use of existing tools and techniques for solving vehicle routing problems. Overall, logistics plays a major role in modern society, which has made vehicle route optimization an important application of combinatorial optimization. The approach developed in this dissertation can reduce the friction in customization and deployment of optimization systems, thus allowing moving toward more economical, cost-effective, and environmentally friendly road transportation. Keywords: vehicle routing problem, meta-optimization, automatic algorithm configuration, algorithm selection, feature selectionVäitöskirjan taustalla oli halu tehdä huipputeknisistä ajoneuvojen reititysmalleista ja niiden ratkaisemiseen käytetyistä algoritmeista entistä helpompia käyttää. Nykytilanne vaatii merkittävän määrän asiantuntemusta vaativaa räätälöintiä aina, kun optimointitekniikkaa mukautetaan uusiin tosielämän reititystehtäviin. Kriittinen osa räätälöintiprosessia on sopivan optimointialgoritmin valitseminen ja sen parametrien konfigurointi, mutta tämä edellyttää ajoneuvojen reititystehtävien, niiden ratkaisualgoritmien ja niiden ympärille rakennettujen ohjelmistojärjestelmien syvällistä ymmärtämistä. Kuitenkin, tämä on automatisoitavissa. Koneoppimista voidaan käyttää löytämään ja hyödyntämään säännönmukaisuuksia algoritmien suorituskykyvaihtelussa, edellyttäen että niiden konfigurointiin liittyvät olennaiset seikat voidaan ilmaista numeerisina arvoina. Tämä väitöskirja esittelee mallin, joka mahdollistaa kuljetusten optimointijärjestelmien räätälöinnin ja käyttöönoton osittaisen automatisoinnin. Mallin käyttökelpoisuuden osoittavat kattavat empiiriset kokeet, jotka suoritettiin ehdotetun lähestymistavan toteutettavuuden varmistamiseksi. Väitöskirja lisää ymmärrystämme ajoneuvojen reititystehtävistä, reititysalgoritmeista ja niiden hakuavaruuksista. Se kertoo myös, miten moderneja automaattisia algoritmien konfigurointi- ja valintatekniikoita voidaan käyttää tehostamaan kuljetusten optimointijärjestelmien räätälöintiä. Tulokset osoittavat, että metaoptimointi on lupaava lähestymistapa mahdollistamaan olemassa olevien työkalujen ja tekniikoiden helpomman ja tehokkaamman käytön ajoneuvojen reititystehtäviä ratkaistaessa. Huomionarvoista on, että logistiikan merkittävä rooli nykyaikaisen yhteiskunnan tehokkaan toiminnan mahdollistajana on tehnyt ajoneuvojen reitityksestä tärkeän optimoinnin sovelluksen. Tässä väitöskirjassa kehitetty lähestymistapa on lupaava keino optimointijärjestelmien räätälöinnin ja käyttöönoton nopeuttamiseksi. Täten se osaltaan mahdollistaa entistä taloudellisemman, kustannustehokkaamman ja ympäristöystävällisemmän tieliikenneteen. Avainsanat: ajoneuvojen reititystehtävä, metaoptimointi, automaattinen algoritmien konfigurointi, algoritmien valinta, piirteiden valint

Puolustusmateriaalin käyttöönottoprosessi Ilmavoimissa : CASE - I360C MicroFly II GPADS

Tässä opinnäytetyössä perehdyttiin uuden puolustusmateriaalin käyttöönottoprosessiin Puolustusvoimissa sotilasilmailun materiaaliin liittyen. Aihe rajattiin tyyppihyväksyttävään ja TMT-asiakirjalla hyväksyttävään materiaaliin, koska työn tilaajan, Järjestelmäkeskuksen alaisen Lentovarustesektorin, järjestelmävastuu rajautuu niihin. Työn tuloksena laadittiin kokonaisvaltainen prosessikuvaus uuden materiaalin käyttöönottoprosessista Ilmavoimissa ja Puolustusvoimien logistiikkalaitoksen alaisen Järjestelmäkeskuksen vastuista kyseisessä prosessissa. Uusi prosessikuvaus laadittiin kuvaamaan vaiheet uuden materiaalin hankinnan suunnittelusta sen viralliseen käyttöönottoon. Esimerkkinä käyttöönottoprosessin läpikäyvästä järjestelmästä työssä esiteltiin case-tutkimuksen kohteena ollut ohjautuva MicroFly II -materiaalinpudotusjärjestelmä. Työn tutkimusstrategiana oli tapaustutkimus, joka tehtiin selvitystyönä pohjautuen kirjallisiin lähteisiin ja case-tutkimuksen kohteena olleen järjestelmän käyttöönottoprosessista saatuihin kokemuksiin. Työn tutkimusongelmat olivat uuden puolustusmateriaalin käyttöönoton prosessi Ilmavoimissa, Järjestelmäkeskuksen vastuut uuden sotilasilmailun materiaalin käyttöönoton suhteen sekä I360C MicroFly II GPADS materiaalinpudotusjärjestelmän käyttöönottoprosessin toteutustapa. Työn tavoitteena ollut prosessikuvaus sotilasilmailun materiaalin käyttöönottoprosessista saatiin laadittua Puolustusvoimien virallisten asiakirjojen avulla ja sen perusteella laadittiin prosessikuvaus myös case-tutkimuksen kohteena olleen I360C MicroFly II GPADS -materiaalinpudotusjärjestelmän käyttöönottoprosessista. Laaditusta prosessikuvauksesta käyvät ilmi myös Järjestelmäkeskuksen vastuut uuden sotilasilmailun materiaalin käyttöönottoprosessissa. Tiivistetysti Järjestelmäkeskuksen vastuut riippuvat aina järjestelmän tyypistä, mutta yleisesti ottaen vastuut jakautuvat käyttöönottoprosessissa hankinta- ja käyttöönhyväksyntäprosesseihin. Laaditut prosessikaaviot täyttivät työn tilaajan vaatimukset, joten työn tavoitteisiin päästiin onnistuneesti. Työn tuloksista voidaan johtopäätöksenä päätellä, että uuden materiaalin käyttöönottoprosessille on erilaisia prosessipolkuja, jotka riippuvat käyttöönotettavasta järjestelmästä. Uuden puolustusmateriaalin käyttöönottoprosessilta puuttui kuitenkin selkeä kokonaisuuden kuvaus Lentovarustesektorin näkökulmasta, joten opinnäytetyön tuloksena tuotetun prosessikuvauksen olemassaolo on siten perusteltu. Jatkotutkimuksena puolustusmateriaalin käyttöönottoprosessin tehokkuus voitaisiin arvioida seuraamalla useiden uusien järjestelmien käyttöönottoprosessi alusta loppuun, etsiä prosessin heikkoudet ja esittää sille mahdollisia kehityskohteita.The object of this thesis was to gather information about the commissioning process of defence material in the Air Force and to produce a new process model for it. The subject was limited to material that gets a qualification approval and material that iscertificated bya TMT-document. The aim of the new process model was to display the commissioning process of the defence material from the planning phase up to the point the new material isofficially approvedas military material of the Finnish Defence Forces. Moreover, the goal of the modelwas also to show the responsibilities of the Joint Systems Centre in the process. The thesis was carried out as a qualitative study and the material used consisted mainly of the Finnish Defence Forces’ official documents. Further data were obtained by interviewing selected Finnish Defence Forces’ personnel related to the commissioning process, from personal experience gained from the commissioning process of the MicroFly II -guided precision air delivery system and from some internet-based sources. As a result of this study, a complete process model wasproduced,and an example model of the commissioning process of the MicroFly II system was made with it. The process model was created so that it also displays the responsibilities of the Joint Systems Centre in the process. The process model shows that the commissioning process of defence material in the Air Force involves many organization units and requires collaboration from all of those units in order to accomplish the process successfully. The commissioning process, when examined from the perspective of the Aircrew Equipment Systems unit in the Joint Systems Centre, was missing a comprehensive process model that would show all phases from planning to official approvalof material. Hence, the creation of this process model was justified

On automatic algorithm configuration of vehicle routing problem solvers

Many of the algorithms for solving vehicle routing problems expose parameters that strongly influence the quality of obtained solutions and the performance of the algorithm. Finding good values for these parameters is a tedious task that requires experimentation and experience. Therefore, methods that automate the process of algorithm configuration have received growing attention. In this paper, we present a comprehensive study to critically evaluate and compare the capabilities and suitability of seven state-of-the-art methods in configuring vehicle routing metaheuristics. The configuration target is the solution quality of eight metaheuristics solving two vehicle routing problem variants. We show that the automatic algorithm configuration methods find good parameters for the vehicle route optimization metaheuristics and clearly improve the solutions obtained over default parameters. Our comparison shows that despite some observable differences in configured performance there is no single configuration method that always outperforms the others. However, largest gains in performance can be made by carefully selecting the right configurator. The findings of this paper may give insights on how to effectively choose and extend automatic parameter configuration methods and how to use them to improve vehicle routing solver performance.peerReviewe

Feature Extractors for Describing Vehicle Routing Problem Instances

The vehicle routing problem comes in varied forms. In addition to usual variants with diverse constraints and specialized objectives, the problem instances themselves – even from a single shared source - can be distinctly different. Heuristic, metaheuristic, and hybrid algorithms that are typically used to solve these problems are sensitive to this variation and can exhibit erratic performance when applied on new, previously unseen instances. To mitigate this, and to improve their applicability, algorithm developers often choose to expose parameters that allow customization of the algorithm behavior. Unfortunately, finding a good set of values for these parameters can be a tedious task that requires extensive experimentation and experience. By deriving descriptors for the problem classes and instances, one would be able to apply learning and adaptive methods that, when taught, can effectively exploit the idiosyncrasies of a problem instance. Furthermore, these methods can generalize from previously learnt knowledge by inferring suitable values for these parameters. As a necessary intermediate step towards this goal, we propose a set of feature extractors for vehicle routing problems. The descriptors include dimensionality of the problem; statistical descriptors of distances, demands, etc.; clusterability of the vertex locations; and measures derived using fitness landscape analysis. We show the relevancy of these features by performing clustering on classical problem instances and instance-specific algorithm configuration of vehicle routing metaheuristics.peerReviewe

Your Very Own Polar Bear : Drawing Attention to Household Energy Efficiency Through Gamification

This research article presents a virtual HomeMascot intervention, based on gamified AI and IoT technologies, to motivate the reduction of household energy consumption. Home-Mascot, an endearing polar bear figure, motivates households to use energy in a sustainable way. Results of the study indicate that user-oriented, personalized real-time feedback on house-hold energy and water consumption can increase awareness of sustainable living, and especially affects children's consumption behavior. The article describes the development, implementation, and measurement of effects of the intervention. HomeMascot has the potential to promote energy awareness in private households and the technical insights presented in the study serve as a blueprint for future energy usage monitoring systems designed to inform and activate users.©2024 IEEE. Personal use of this material is permitted. Permission from IEEE must be obtained for all other uses, in any current or future media, including reprinting/republishing this material for advertising or promotional purposes, creating new collective works, for resale or redistribution to servers or lists, or reuse of any copyrighted component of this work in other works.fi=vertaisarvioitu|en=peerReviewed