Selective vehicle routing problem : cluster and synchronization constraints

par Ala-Eddine Yahiaoui

Thèse de doctorat en Technologies de l'Information et des Systèmes : Unité de recherche Heudyasic (UMR-7253)

Sous la direction de Aziz Moukrim et de Mehdi Serairi.

Soutenue le 11-12-2018

à Compiègne , dans le cadre de École doctorale 71, Sciences pour l'ingénieur (Compiègne) , en partenariat avec Heuristique et Diagnostic des Systèmes Complexes [Compiègne] / Heudiasyc (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Problèmes de tournées de véhicules sélectives : contraintes de cluster et de synchronisation


  • Résumé

    Le problème de tournées de véhicules (Vehicle Routing Problem - VRP) est un problème d'optimisation combinatoire utilisé généralement pour modéliser et résoudre des différents problèmes rencontrés dans les systèmes logistiques et de transport. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à l'étude et la résolution d'une classe de problèmes du VRP appelée les problèmes de courses d'orientation (Team Orienteering Problem - TOP). Dans cette catégorie de problèmes, il est a priori impossible de visiter tous les clients en raison de ressources limitées. On associe plutôt un profit à chaque client qui représente sa valeur. Ce profit est collecté lorsque le client est visité par l'un des véhicules disponibles. L'objectif est donc de sélectionner un sous ensemble de clients à servir tout en maximisant le profit total collecté. Dans un premier temps, nous avons introduit une nouvelle généralisation pour le TOP que nous avons appelé le Clustered TOP ou CluTOP. Dans cette variante, les clients sont regroupés en sous-ensembles appelés clusters auxquels nous associons des profits. Pour résoudre cette variante, nous avons proposé un schéma exact basé sur l'approche des plans sécants avec des inégalités valides supplémentaires et des pré-traitements. Nous avons également conçu une méthode heuristique basée sur l'approche order first-cluster second. Cette heuristique hybride combine une heuristique de type Adaptive Large Neighborhood Search qui explore l'espace des solutions et une procédure de découpage qui explore l'espace de recherche des tours géants. De plus, la procédure de découpage est renforcée par une recherche locale afin de mieux explorer l'espace de recherche. Le deuxième problème traité dans ce travail s'appelle le Synchronized Team Orienteering Problem with Time Windows (STOPTW). Cette variante avait été initialement proposée afin de modéliser des scénarios liés à la protection des infrastructures stratégiques menacées par l'avancée des feux de forêts. En plus des contraintes de fenêtres de temps et des visites synchronisées, cette variante considère le cas d'une flotte de véhicules hétérogène. Pour résoudre ce problème, nous avons proposé une méthode heuristique basée sur l'approche GRASP×ILS qui est parvenue à dominer la seule approche existante dans la littérature. La dernière variante du TOP abordée dans cette thèse s'appelle le Set Orienteering Problem (SOP). Les clients dans cette variante sont regroupés en sous-ensembles appelés clusters. Un profit est associé à chaque groupe qui n'est obtenu que si au moins un client est desservi par le véhicule disponible. Nous avons proposé une méthode de coupes avec deux procédures de séparation pour séparer les contraintes d'élimination des sous-tours. Nous avons également proposé un algorithme Mémétique avec une procédure de découpage optimale calculée à l'aide de la programmation dynamique.


  • Résumé

    The Vehicle Routing Problem (VRP) is a family of Combinatorial Optimization Problems generally used to solve different issues related to transportation systems and logistics. In this thesis, we focused our attention on a variant of the VRP called the Team Orienteering Problem (TOP). In this family of problems, it is a priory impossible to visit all the customers due to travel time limitation on vehicles. Instead, a profit is associated with each customer to represent its value and it is collected once the customer is visited by one of the available vehicles. The objective function is then to maximize the total collected profit with respect to the maximum travel time. Firstly, we introduced a new generalization for the TOP that we called the Clustered TOP (CluTOP). In this variant, the customers are grouped into subsets called clusters to which we associate profits. To solve this variant, we proposed an exact scheme based on the cutting plane approach with additional valid inequalities and pre-processing techniques. We also designed a heuristic method based on the order first-cluster second approach for the CluTOP. This Hybrid Heuristic combines between an ANLS heuristic that explores the solutions space and a splitting procedure that explores the giant tours search space. In addition, the splitting procedure is enhanced by local search procedure in order to enhance its coverage of search space. The second problem treated in this work is called the Synchronized Team Orienteering Problem with Time Windows (STOPTW). This variant was initially proposed in order to model scenarios related to asset protection during escaped wildfires. It considers the case of a heterogeneous fleet of vehicles along with time windows and synchronized visits. To solve this problem, we proposed a heuristic method based on the GRASP×ILS approach that led to a very outstanding results compared to the literature. The last variant of the TOP tackled in this thesis called the Set Orienteering Problem (SOP). Customers in this variant are grouped into subsets called clusters. Each cluster is associated with a profit which is gained if at least one customer is served by the single available vehicle. We proposed a Branch-and-Cut with two separation procedures to separate subtours elimination constraints. We also proposed a Memetic Algorithm with an optimal splitting procedure based on dynamic programming.


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