Models and algorithms for the management of new urban and rural mobility services
Modèles et algorithmes pour le management de nouveaux services de mobilité urbaine et rurale
Résumé
Combinatorial optimization is a field of mathematics in which a problem involves finding an optimal solution in a finite set of objects. It has crucial applications in many fields, including applied mathematics, software engineering, theoretical computer science, and machine learning.This thesis is placed in the field of operational research works which seeks to improve the transport of goods and people in urban and rural areas. This document focuses on the study of three mobility problems in which constraints linked to autonomous vehicles will be addressed. The objective is to study the particularities of problems which includes this type of vehicles, and to use their general characteristics in order to propose innovative algorithms. This study is not part of any particular industrial project and therefore focuses on general aspects of autonomous vehicles.These logistical problems, to which we wish to add the constraints linked to autonomous vehicles, are numerous and have been studied for a long time. Starting with the Vehicle Routing Problem in which the objective is to find the fastest routes in order to deliver to a set of customers with a fixed number of vehicles. From this problem many variants were born such as the Vehicle Routing Problem with Time Windows which is an extension of the VRP where each customer can only be served in a predefined period, called time window. This thesis focuses on three distinct logistics problems with common constraints: synchronization mechanisms are added to address the issues of autonomous vehicles.In the first chapter, we will study a shortest path problem in a risky environment. This risk comes from the other autonomous vehicles already present on site and their daily planning. It is therefore time-dependent, and we are looking to add a new autonomous vehicle to respond to a task not supported by the current fleet. This new vehicle will have to find a path to its destination by taking into account the risk on it path and adapt its speed accordingly. This problem was the subject of three articles including two in an international conference and one international journal article.In the second chapter, we will present an idea that we propose to solve intrinsically time-dependent problems: project the problem by removing the temporal dimension, solve this projected problem and construct a solution of the temporal problem whose projection is exactly the solution of the projected problem. We will apply this idea to a relocation problem in the form of a two flows problem (a flow of vehicles and a flow of goods) in which preemption of goods is allowed. Preemption of goods is the act of allowing goods to be unloaded by the vehicle transporting it in order to be picked up by another vehicle to continue its journey. This constraint, requiring the synchronization of vehicles to exchange goods, is increasingly used in autonomous and semi-autonomous logistics warehouses. This problem was the subject of an article in a national conference.In the third chapter, we will work on a problem of synchronization of two actors, one producing a resource necessary for the proper functioning of the second. Periodically, a transfer of this resource must take place to maintain the activity of the second actor. This problem can be seen as the exchange of batteries between an autonomous electric vehicle and an electricity production station, which will recharge the unused battery while the vehicle carries out its tasks. This problem was the subject of an article in an international conference.
L'optimisation combinatoire est un domaine des mathématiques dans lequel un problème consiste à trouver une solution optimale dans un ensemble fini d'objets. Elle a des applications cruciales dans de nombreux domaines, notamment les mathématiques appliquées, le génie logiciel, l'informatique théorique et l'apprentissage automatique.Cette thèse se place dans le champ des travaux en recherche opérationnelle qui cherchent à améliorer le transport des biens et des personnes dans les zones urbaines et rurales. Ce document se concentre sur l'étude de trois problèmes de mobilité dans lesquels seront abordées les contraintes liées aux véhicules autonomes. L'objectif est d'étudier les particularités des problèmes incluant ce type de véhicules, et d'utiliser leurs caractéristiques générales afin de proposer des algorithmes novateurs. Cette étude ne fait partie d'aucun projet industriel particulier et se concentre donc sur les aspects généraux des véhicules autonomes.Ces problèmes de logistique, auxquels nous souhaitons adjoindre les contraintes liées aux véhicules autonomes, sont nombreux et étudiés depuis longtemps. À commencer par le problème de tournées de véhicules dans lequel l'objectif est de trouver les tournées les plus rapides afin de livrer un ensemble de clients avec un nombre fixé de véhicules. De ce problème est né de nombreuses variantes comme le problème de tournées de véhicules avec fenêtres de temps qui est une extension du VRP où chaque client ne peut être servi que pendant une période prédéfinie, appelée fenêtre de temps. Cette thèse se concentre sur trois problèmes de logistiques distincts avec un point commun : des mécanismes de synchronisations sont ajoutés pour répondre aux problématiques des véhicules autonomes.Dans le premier chapitre, nous étudierons un problème de plus court chemin dans un environnement risqué. Ce risque provient des autres véhicules autonomes déjà présent sur place et de leur planning. Il est donc dépendant du temps et nous cherchons à ajouter un nouveau véhicule autonome pour répondre à une tâche non prise en charge par la flotte actuelle. Ce nouveau véhicule devra trouver un chemin jusqu'à sa destination en tenant compte du risque sur son trajet et en adaptant sa vitesse en conséquence. Ce problème a fait l'objet de trois articles dont deux en conférence internationale et un article de journal international.Dans le deuxième chapitre, nous exposerons une idée que nous proposons pour résoudre les problèmes intrinsèquement dépendant du temps : projeter le problème en supprimant la dimension temporelle, résoudre ce problème projeté et construire une solution du problème temporel dont la projection est exactement la solution du problème projeté. Nous appliquerons cette idée à un problème de relocalisation de marchandises sous la forme d'un problème à deux flots (un flot de véhicules et un flot de marchandises) dans lequel la préemption des marchandises est autorisée. La préemption des marchandises est le fait d'autoriser une marchandise à être déchargé par le véhicule qui la transporte afin d'être récupérée par un deuxième véhicule pour continuer son trajet. Cette contrainte, nécessitant la synchronisation des véhicules pour s'échanger des marchandises, est de plus en plus utilisée dans les entrepôts logistiques autonomes et semi-autonomes. Ce problème a fait l'objet d'un article dans une conférence nationale.Dans le troisième chapitre, nous travaillerons sur un problème de synchronisation de deux acteurs, l'un produisant une ressource nécessaire au bon fonctionnement du deuxième. Périodiquement, un transfert de cette ressource doit avoir lieu pour maintenir l'activité du deuxième acteur. Ce problème peut être vu comme l'échange de batteries entre un véhicule autonome électrique et une station de production d'électricité qui va recharger la batterie inutilisée pendant que le véhicule réalise ses tâches. Ce problème a fait l'objet d'un article dans une conférence internationale.
Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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