Modèles et méthodes pour le problème intégré de planification et tournées appliqué aux catastrophes majeures

Models and Methods for the Integrated Scheduling Routing Problem Applied to Major Disasters

• Auteur / Autrice : Guilherme De Castro Pena
• Direction : Christian Prins, Andréa Cynthia Santos
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optimisation et Sûreté des Systèmes
• Date : Soutenance le 25/10/2021
• Etablissement(s) : Troyes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube)
• Partenaire(s) de recherche : : Grand Est - Aube en Champagne
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Informatique et Société Numérique / LIST3N
• Jury : Président / Présidente : Adnan Yassine
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christian Prins, Andréa Cynthia Santos, Adnan Yassine, Olivier Péton, Marc Sevaux, Celso Satoshi Sakuraba
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Olivier Péton, Marc Sevaux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aide humanitaire

Métaheuristiques

Logistique (gestion)

Gestion des crises

Optimisation combinatoire

Mots clés libres

Optimisation combinatoire

Gestion des crises

Logistique (gestion)

Métaheuristiques

Aide humanitaire

OR in disaster relief

Crisis management

Combinatorial optimization

Metaheuristics

Humanitarian logistics

Résumé

Le nettoyage des débris dans les zones urbaines après des catastrophes majeures est très important pour permettre aux habitants de se remettre de leurs effets. Lors de catastrophes, une zone inattendue et étendue peut être touchée. De plus, le temps et les coûts pour effectuer les opérations de nettoyage peuvent être très élevés. Cette thèse aborde le problème intégré multi-période de planification et de tournées de véhicules pour nettoyer les débris (SRP-CD) après des catastrophes majeures. Le problème comprend des décisions stratégiques (planification) et opérationnelles (tournées) et prend en compte des questions complexes telles que deux niveaux de synchronisation : entre les équipes de travail et les camions-bennes, et entre les camions-bennes nécessaires pour charger, transporter et décharger les débris pendant les journées de travail. L'objectif du SRP-CD est double : minimiser le nombre de jours pour le nettoyage global, au niveau stratégique, et minimiser le coût total de routage des véhicules, au niveau opérationnel. Un nouveau modèle mathématique basé sur une formulation dynamique multi-flot, des heuristiques constructives, des métaheuristiques basées sur la recherche par grand voisinage (LNS) et des métaheuristiques hybrides basées sur la LNS et le recuit simulé sont proposés. Des expérimentations pour le modèle et les approches sont réalisées, afin de mesurer la performance et la robustesse des méthodes proposées. A notre connaissance, ce sont les premières contributions dans la littérature pour le SRP-CD, incluant tous les aspects abordés dans cette thèse.

Cleaning debris in urban areas after major disasters is very relevant to inhabitants to recover from their effects. In natural disasters, an unexpected and large area can be affected. Moreover, the time and the costs to perform the cleaning operations can be very high. In this work, the integrated multi-period scheduling routing problem to clean debris (SRP-CD) after major disasters is investigated. The problem includes strategical (scheduling) and operational (routing) decisions, considering complex issues such as two levels of synchronization between work-troops and dump trucks, and between dump trucks necessary to load, transport and unload debris during limited working days. The goal of SRP-CD is twofold: minimizing the number of days for the overall cleaning, in the strategical level; and minimizing the total costs of vehicle routes in the operational level. A new mathematical model based on a dynamic multi-flow formulation, constructive heuristics, Large Neighborhood Search (LNS)-based metaheuristics and hybrid metaheuristics based on LNS and Simulated Annealing are proposed. Comparison experiments for the model and the approaches are carried out to measure performance and robustness of the proposed methods. To the best of our knowledge, these are the first contributions in the literature for SRP-CD, including all the aspects addressed in this thesis.