Routing and scheduling problems

Abstract

I det aktuelle globaliserede samfund bidrager transport til vores daglige liv på mange forskellige måder. Produktionen af dele i et hylde færdigt produkt kan foregå på flere kontinenter og afstandene på rejser mellem hjem og arbejde samt forretnings og ferie rejser er blevet længere de seneste årtier. For at kunne levere en konkurrence dygtig pris samt service niveau har transport udbyderen i dag behov for at yde god service med en lav omkostning. En virksomhed, der har enheder eller dele af enheder som skal fragtes, vil stile mod at have en billig fragtbefordring, mens visse tidsmæssige betingelser ofte skal være opfyldt. Forskellige rutnings problemer bliver præsenteret i denne afhandling. De præsenterede emner er rutning mellem to lokaliteter på et allerede fastlagt netværk, rutning og skedulering af container skibe for container skibsfarts netværk hvor forespørgsler skal i møde kommes, rutning af arbejdere i en lufthavn som assistere passagerer med reduceret mobilitet og rutning af køretøjer med tidsvindues betingelser hvor den præsenterede version inkluderer kant set omkostning som gør prisen for de enkelte køretøjers ruter indbyrdes afhængige. N°ar man planlægger ruter for transport objekter s°asom køretøjer og fartøjer, så bliver der ofte lavet en tidsplan for afgange og ankomster på ruterne. Disse tidsplaner repræsenterer indirekte et tidspunkt for en forbindelse mellem to lokaliteter. Eksempler på dette er bus køreplaner hvor busruterne skaber en bus køreplan som passagerne kan bruge til at planlægge deres rejse. I denne afhandling er der blevet formuleret problemer som har udspring fra situationer i det virkelige liv. Disse er løst med forskellige løsningsmetoder alt afhængig af problem type, størrelsen af problemet og tiden til rådighed for at finde en løsning. De anvendte løsningsmetoder er dynamisk programmering som er brugt til korteste veje med flere objekt funktioner, Branch-and-cut som er brugt til containerskibsfart, simuleret udglødning som er brugt til transport af assisterede passagerer i lufthavne og branch-cut-and-price, som er brugt til et sær tilfælde af køretøjs rutnings problemer med tidsvinduer med omkostning for adgang til forskellige sæt af kanter.In today’s globalized society, transport contributes to our daily life in many different ways. The production of the parts for a shelf ready product may take place on several continents and our travel between home and work, vacation travel and business trips has increased in distance the last couple of decades. To deliver competitive service and price, transportation today needs to be cost effective. A company requiring for things to be shipped will aim at having the freight shipped as cheaply as possible while often satisfying certain time constraints. For the transportation company, the effectiveness of the network is of importance aiming at satisfying as many costumer demands as possible at a low cost. Routing represent a path between locations such as an origin and destination for the object routed. Sometimes routing has a time dimension as well as the physical paths. This may be that the objects routed have an availability time window and a delivery time window or that locations on the path have a service time window. When routing moving transportation objects such as vehicles and vessels schedules are made in connection with the routing. Such schedules represent the time for the presence of a connection between two locations. This could be an urban bus schedule where busses are routed and this routing creates a bus schedule which the passengers between locations use. In this thesis various routing and scheduling problems will be presented. The topics covered will be routing from an origin to a destination on a predefined network, the routing and scheduling of vessels in a liner shipping network given a demand forecast to be covered, the routing of manpower and vehicles transporting disabled passengers in an airport and the vehicle routing with time windows where one version studied includes edge set cost making the cost of the individual vehicle routes inter-dependant. Depending on the problem type, the size of the problems and time available for solving, different solution methods can be applicable. In this thesis both heuristic methods and several exact methods are investigated depending on the problems needed to be solved. The solution methods applied to the problems cover dynamic programming for multi constrained shortest paths, Branch-and-cut for liner shipping, Simulated annealing for transporting assisted passengers in airports, branch-cut-and-price for vehicle routing with time windows and edges set costs