Essays on urban bus transport optimization

Nesta tese, nós apresentamos uma compilação de três artigos de otimização aplicados no contexto de transporte urbano de ônibus. O principal objetivo foi estudar e implementar heurísticas com base em Pesquisa Operacional para otimizar problemas de (re)escalonamento de veículos off-line e on-line considerando várias garagens e frota heterogênea. No primeiro artigo, foi proposta uma abordagem heurística para o problema de escalonamento de veículos múltiplas garagens. Acreditamos que as principais contribuições são o método de geração de colunas para grandes instâncias e as técnicas de redução do espaço de estados para acelerar as soluções. No segundo artigo, adicionamos complexidade ao considerar a frota heterogênea, denotada como multiple depot vehicle type scheduling problem (MDVTSP). Embora a importância e a aplicabilidade do MDVTSP, formulações matemáticas e métodos de solução para isso ainda sejam relativamente inexplorados. A principal contribuição desse trabalho foi o método de geração de colunas para o problema com frota heterogênea, já que nenhuma outra proposta na literatura foi identificada no momento pelos autores. Na terceira parte desta tese, no entanto, nos concentramos no reescalonamento em tempo real para o caso de quebras definitivas de veículos. A principal contribuição é a abordagem eficiente do reescalonamento sob uma quebra. A abordagem com redução de espaço de estados, solução inicial e método de geração de colunas possibilitou uma ação realmente em tempo real. Em menos de cinco minutos, reescalonando todas as viagens restantes.In this dissetation we presented a three articles compilation in urban bus transportation optimization. The main objective was to study and implement heuristic solutions method based on Operations Research to optimizing offline and online vehicle (re)scheduling problems considering multiple depots and heterogeneous fleet. In the first paper, a fast heuristic approach to deal with the multiple depot vehicle scheduling problem was proposed. We think the main contributions are the column generation framework for large instances and the state-space reduction techniques for accelerating the solutions. In the second paper, we added complexity when considering the heterogeneous fleet, denoted as "the multiple-depot vehicle-type scheduling problem" (MDVTSP). Although the MDVTSP importance and applicability, mathematical formulations and solution methods for it are still relatively unexplored. We think the main contribution is the column generation framework for instances with heterogeneous fleet since no other proposal in the literature has been identified at moment by the authors. In the third part of this dissertation, however, we focused on the real-time schedule recovery for the case of serious vehicle failures. Such vehicle breakdowns require that the remaining passengers from the disabled vehicle, and those expected to become part of the trip, to be picked up. In addition, since the disabled vehicle may have future trips assigned to it, the given schedule may be deteriorated to the extent where the fleet plan may need to be adjusted in real-time depending on the current state of what is certainly a dynamic system. Usually, without the help of a rescheduling algorithm, the dispatcher either cancels the trips that are initially scheduled to be implemented by the disabled vehicle (when there are upcoming future trips planned that could soon serve the expected demand for the canceled trips), or simply dispatches an available vehicle from a depot. In both cases, there may be considerable delays introduced. This manual approach may result in a poor solution. The implementation of new technologies (e.g., automatic vehicle locators, the global positioning system, geographical information systems, and wireless communication) in public transit systems makes it possible to implement real-time vehicle rescheduling algorithms at low cost. The main contribution is the efficient approach to rescheduling under a disruption. The approach with integrated state-space reduction, initial solution, and column generation framework enable a really real-time action. In less than five minutes rescheduling all trips remaining

Essays on urban bus transport optimization

Nesta tese, nós apresentamos uma compilação de três artigos de otimização aplicados no contexto de transporte urbano de ônibus. O principal objetivo foi estudar e implementar heurísticas com base em Pesquisa Operacional para otimizar problemas de (re)escalonamento de veículos off-line e on-line considerando várias garagens e frota heterogênea. No primeiro artigo, foi proposta uma abordagem heurística para o problema de escalonamento de veículos múltiplas garagens. Acreditamos que as principais contribuições são o método de geração de colunas para grandes instâncias e as técnicas de redução do espaço de estados para acelerar as soluções. No segundo artigo, adicionamos complexidade ao considerar a frota heterogênea, denotada como multiple depot vehicle type scheduling problem (MDVTSP). Embora a importância e a aplicabilidade do MDVTSP, formulações matemáticas e métodos de solução para isso ainda sejam relativamente inexplorados. A principal contribuição desse trabalho foi o método de geração de colunas para o problema com frota heterogênea, já que nenhuma outra proposta na literatura foi identificada no momento pelos autores. Na terceira parte desta tese, no entanto, nos concentramos no reescalonamento em tempo real para o caso de quebras definitivas de veículos. A principal contribuição é a abordagem eficiente do reescalonamento sob uma quebra. A abordagem com redução de espaço de estados, solução inicial e método de geração de colunas possibilitou uma ação realmente em tempo real. Em menos de cinco minutos, reescalonando todas as viagens restantes.In this dissetation we presented a three articles compilation in urban bus transportation optimization. The main objective was to study and implement heuristic solutions method based on Operations Research to optimizing offline and online vehicle (re)scheduling problems considering multiple depots and heterogeneous fleet. In the first paper, a fast heuristic approach to deal with the multiple depot vehicle scheduling problem was proposed. We think the main contributions are the column generation framework for large instances and the state-space reduction techniques for accelerating the solutions. In the second paper, we added complexity when considering the heterogeneous fleet, denoted as "the multiple-depot vehicle-type scheduling problem" (MDVTSP). Although the MDVTSP importance and applicability, mathematical formulations and solution methods for it are still relatively unexplored. We think the main contribution is the column generation framework for instances with heterogeneous fleet since no other proposal in the literature has been identified at moment by the authors. In the third part of this dissertation, however, we focused on the real-time schedule recovery for the case of serious vehicle failures. Such vehicle breakdowns require that the remaining passengers from the disabled vehicle, and those expected to become part of the trip, to be picked up. In addition, since the disabled vehicle may have future trips assigned to it, the given schedule may be deteriorated to the extent where the fleet plan may need to be adjusted in real-time depending on the current state of what is certainly a dynamic system. Usually, without the help of a rescheduling algorithm, the dispatcher either cancels the trips that are initially scheduled to be implemented by the disabled vehicle (when there are upcoming future trips planned that could soon serve the expected demand for the canceled trips), or simply dispatches an available vehicle from a depot. In both cases, there may be considerable delays introduced. This manual approach may result in a poor solution. The implementation of new technologies (e.g., automatic vehicle locators, the global positioning system, geographical information systems, and wireless communication) in public transit systems makes it possible to implement real-time vehicle rescheduling algorithms at low cost. The main contribution is the efficient approach to rescheduling under a disruption. The approach with integrated state-space reduction, initial solution, and column generation framework enable a really real-time action. In less than five minutes rescheduling all trips remaining

Uma proposta para o problema de escalonamento de veículos sob o paradigma de queda de demanda

Este trabalho apresenta dois modelos diferentes para o problema de escalonamento de ônibus em sistemas de trânsito, considerando a perda de passageiros. Est pesquisa é motivad a a pela perda considerável na demanda por transporte de ônibus no Brasil nas últimas décadas. O principal objetivo dos modelos é permitir que os operadores de trânsito ajustem a frota dada a perda de passageiros. Ao agrupar as viagens dentro de pequenos intervalos de tempo no horário, o pico de demanda das viagens agrupadas é ajustado à frota, defi nindo uma atribuição de menor custo para uma demanda decrescente de passageiros. Dois diferentes agrupamentos foram criados, abordagens sequenciais e combinatórias, formuladas como modelos inteiros de programação linear. Devido à complexidade da última abo rdagem, um algoritmo baseado em geração de colunas foi projetado. Nós os comparamos entre si e com a solução do problema tradicional de programação de veículos, usando dados reais de uma empresa de transporte no sul do Brasil e grandes instâncias geradas a leatoriamente, considerando diferentes perfis de demanda e intervalos de viagem de agrupamento aceitáveis. Os resultados dos modelos permitiram economia no escalonamento de veículos, mantendo bons níveis de serviço aos passageiros. Os modelos provaram apoi ar a tomada de decisão no planejamento do transporte público, considerando diferentes cenários operacionais.This research work presents two different models for the bus scheduling problem in transit systems, considering loss in ridership. This research is motivated by the considerable loss in the demand for bus transport in Brazil in the last decades. The main objective of the models is to allow transit operators to adjust the fleet given loss of passengers. By grouping trips within small time intervals in the timetabling, the peak demand of the grouped trips is adjusted to the fleet, defining a lower cost assignment for a fallen demand of passengers. Two different groupings were devised, sequential and combinatorial approaches, formulated as integer linear programming models. Due to the complexity of the latter approach, a column generation based algorithm has been designed. We compared them with each other and with the solution of the traditional vehicle scheduling problem, using real world data from a transportation company in southern Brazil and large random generated instances, considering different demand profiles and acceptable grouping trip intervals. The results of models allowed savings in the vehicle scheduling, while keeping good service levels to passengers. The models proved to support decision making in the planning of public transport, considering diferente operational scenarios

Uso de redes sociais para colaboração em pequenas e médias empresas

Todos sabem que uma empresa sem um bom controle não sobrevive e não gera lucros. Desde quando a computação nasceu ela vem auxiliando a administração gerando modelos, conceitos e ferramentas que auxiliam o controle e a tomada de decisão, possibilitando, desta forma, os empreendedores gerirem com mais facilidade e melhor suas empresas. Em muitas empresas a comunicação entre os colaboradores ainda apresenta processos arcaicos. Buscam uma comunicação mais eficiente e menos burocrática, aonde a informação chegue somente à pessoa adequada. Contudo essa meta, para algumas empresas de pequeno e médio porte apresenta-se como uma utopia. Muitas empresas ainda utilizam fax e memorandos, O próprio e-mail torna-se, à medida que evoluímos, um método menos adequado à transmissão da informação. Desta forma, com o surgimento, a proliferação e a popularização das redes sociais, elas surgem como uma proposta para a comunicação nas empresas, exercendo diversas funções tais como atividades colaborativas, comunicação, monitoramento e sinalização. Este trabalho consiste em um estudo das redes sociais existentes no mercado e uma pesquisa das necessidades de comunicação, colaboração e coordenação de grupos de trabalhos, junto a algumas empresas de pequeno e médio porte. Com os resultados obtidos propomos uma solução através de uma especificação de mashup (MASHUP, 2011)

Uso de redes sociais para colaboração em pequenas e médias empresas

Todos sabem que uma empresa sem um bom controle não sobrevive e não gera lucros. Desde quando a computação nasceu ela vem auxiliando a administração gerando modelos, conceitos e ferramentas que auxiliam o controle e a tomada de decisão, possibilitando, desta forma, os empreendedores gerirem com mais facilidade e melhor suas empresas. Em muitas empresas a comunicação entre os colaboradores ainda apresenta processos arcaicos. Buscam uma comunicação mais eficiente e menos burocrática, aonde a informação chegue somente à pessoa adequada. Contudo essa meta, para algumas empresas de pequeno e médio porte apresenta-se como uma utopia. Muitas empresas ainda utilizam fax e memorandos, O próprio e-mail torna-se, à medida que evoluímos, um método menos adequado à transmissão da informação. Desta forma, com o surgimento, a proliferação e a popularização das redes sociais, elas surgem como uma proposta para a comunicação nas empresas, exercendo diversas funções tais como atividades colaborativas, comunicação, monitoramento e sinalização. Este trabalho consiste em um estudo das redes sociais existentes no mercado e uma pesquisa das necessidades de comunicação, colaboração e coordenação de grupos de trabalhos, junto a algumas empresas de pequeno e médio porte. Com os resultados obtidos propomos uma solução através de uma especificação de mashup (MASHUP, 2011)

Modelagem do problema de escalonamento de veículos com múltiplas garagens usando rede tempo-espaço : grandes instâncias e frota heterogênea

O problema de escalonamento de veículos com múltiplas garagens (MDVSP, do inglês Multi-Depot Vehicle Scheduling Problem) é um problema clássico de logística e transportes. O MDVSP também é a base para a solução de vários problemas correlatos, tais como o problema de escalonamento de veículos em tempo-real e soluções integradas com o escalonamento de veículos, tais como o escalonamento da tripulação e otimização da tabela de horários. Desta forma, aprimorar a solução deste problema pode ser considerado de grande relevância, a qual permitirá resolver grandes instâncias reais de forma eficiente, bem como permitir a solução de problemas correlatos. O objetivo desta dissertação é verificar a aplicabilidade da utilização da rede tempo-espaço e do método de geração de colunas modificado proposto, para a solução deste problema, e de sua variante com frota heterogênea, considerando grandes instâncias. Diversos testes foram realizados utilizando o gerador de instâncias aleatórias com base na distribuição de demandas proposto. Grandes instâncias, envolvendo milhares de viagens (entre 500-10.000) e dezenas de garagens (4-128) são resolvidas em tempos razoáveis.The multiple-depot vehicle-scheduling problem (MDVSP) is a classic logistic and transportation problem. The MDVSP is also a subproblem for solving various related problems, such as the real time vehicle scheduling problem, disruption management; and integrated problems such as the vehicle and crew scheduling problems. Although several mathematical and solution method have been developed in the literature, large instances (involving thousands of trips and several depots) are still difficult to solve in a reasonable time. The objective of this research work is to verify the applicability of the use of the space-time network towards obtaining good solutions for large instances in short time. Time-space network was suggested by Kliewer et al (2006), and it is positioned with respect to two-dimensional axes, one representing time and the other one space or stations. The arcs represent deadheading movements; and waiting periods in the same station. Solution methods for the MDVS combining time space with integer linear programming solvers and column generation were developed. Extensive testing was carried out using random generated instances, based on demands distribution. Large instances, involving thousands of trips (between 1,000-10,000) and dozen (4-64) depots, are solved in reasonable times

Modelagem do problema de escalonamento de veículos com múltiplas garagens usando rede tempo-espaço : grandes instâncias e frota heterogênea

O problema de escalonamento de veículos com múltiplas garagens (MDVSP, do inglês Multi-Depot Vehicle Scheduling Problem) é um problema clássico de logística e transportes. O MDVSP também é a base para a solução de vários problemas correlatos, tais como o problema de escalonamento de veículos em tempo-real e soluções integradas com o escalonamento de veículos, tais como o escalonamento da tripulação e otimização da tabela de horários. Desta forma, aprimorar a solução deste problema pode ser considerado de grande relevância, a qual permitirá resolver grandes instâncias reais de forma eficiente, bem como permitir a solução de problemas correlatos. O objetivo desta dissertação é verificar a aplicabilidade da utilização da rede tempo-espaço e do método de geração de colunas modificado proposto, para a solução deste problema, e de sua variante com frota heterogênea, considerando grandes instâncias. Diversos testes foram realizados utilizando o gerador de instâncias aleatórias com base na distribuição de demandas proposto. Grandes instâncias, envolvendo milhares de viagens (entre 500-10.000) e dezenas de garagens (4-128) são resolvidas em tempos razoáveis.The multiple-depot vehicle-scheduling problem (MDVSP) is a classic logistic and transportation problem. The MDVSP is also a subproblem for solving various related problems, such as the real time vehicle scheduling problem, disruption management; and integrated problems such as the vehicle and crew scheduling problems. Although several mathematical and solution method have been developed in the literature, large instances (involving thousands of trips and several depots) are still difficult to solve in a reasonable time. The objective of this research work is to verify the applicability of the use of the space-time network towards obtaining good solutions for large instances in short time. Time-space network was suggested by Kliewer et al (2006), and it is positioned with respect to two-dimensional axes, one representing time and the other one space or stations. The arcs represent deadheading movements; and waiting periods in the same station. Solution methods for the MDVS combining time space with integer linear programming solvers and column generation were developed. Extensive testing was carried out using random generated instances, based on demands distribution. Large instances, involving thousands of trips (between 1,000-10,000) and dozen (4-64) depots, are solved in reasonable times

Estimação de máxima verossimilhança em processos Manneville-Pomeau

16

Estimação de máxima verossimilhança em processos Manneville-Pomeau

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