An Autopilot Based on a Local Control Network Design for an Unmanned Surface Vehicle

Over recent years, a number of marine autopilots designed using linear techniques have underperformed owing to their inability to cope with nonlinear vessel dynamics. To this end, a new design framework for the development of nonlinear autopilots is proposed herein. Local control networks (LCNs) can be used in the design of nonlinear control systems. In this paper, a LCN approach is taken in the design of a nonlinear autopilot for controlling the nonlinear yaw dynamics of an unmanned surface vehicle known as Springer. It is considered the approach is the first of its kind to be used in marine control systems design. Simulation results are presented and the performance of the nonlinear autopilot is compared with that of an existing Springer linear quadratic Gaussian (LQG) autopilot using standard system performance criteria. From the results it can be concluded the LCN autopilot out performed that based on LQG techniques in terms of the selected criteria. Also it provided more energy saving control strategies and would thereby increase operational duration times for the vehicle during real-time missions.

Ecological coherence in marine reserve network design: an empirical evaluation of sequential site selection using genetic structure

Ecological coherence is a multifaceted conservation objective that includes some potentially conflicting concepts. These concepts include the extent to which the network maximises diversity (including genetic diversity) and the extent to which protected areas interact with non-reserve locations. To examine the consequences of different selection criteria, the preferred location to complement protected sites was examined using samples taken from four locations around each of two marine protected areas: Strangford Lough and Lough Hyne, Ireland. Three different measures of genetic distance were used: FST, Dest and a measure of allelic dissimilarity, along with a direct assessment of the total number of alleles in different candidate networks. Standardized site scores were used for comparisons across methods and selection criteria. The average score for Castlehaven, a site relatively close to Lough Hyne, was highest, implying that this site would capture the most genetic diversity while ensuring highest degree of interaction between protected and unprotected sites. Patterns around Strangford Lough were more ambiguous, potentially reflecting the weaker genetic structure around this protected area in comparison to Lough Hyne. Similar patterns were found across species with different dispersal capacities, indicating that methods based on genetic distance could be used to help maximise ecological coherence in reserve networks. ⺠Ecological coherence is a key component of marine protected area network design. ⺠Coherence contains a number of competing concepts. ⺠Genetic information from field populations can help guide assessments of coherence. ⺠Average choice across different concepts of coherence was consistent among species. ⺠Measures can be combined to compare the coherence of different network designs.

MIMO cooperative communication network design with relay selection and CSI feedback

In this paper, we investigate an amplify-and-forward (AF) multiple-input multiple-output - spatial division multiplexing (MIMO-SDM) cooperative wireless networks, where each network node is equipped with multiple antennas. In order to deal with the problems of signal combining at the destination and cooperative relay selection, we propose an improved minimum mean square error (MMSE) signal combining scheme for signal recovery at the destination. Additionally, we propose two distributed relay selection algorithms based on the minimum mean squared error (MSE) of the signal estimation for the cases where channel state information (CSI) from the source to the destination is available and unavailable at the candidate nodes. Simulation results demonstrate that the proposed combiner together with the proposed relay selection algorithms achieve higher diversity gain than previous approaches in both flat and frequency-selective fading channels.

Développement d’un algorithme de branch-and-price-and-cut pour le problème de conception de réseau avec coûts fixes et capacités

De nombreux problèmes en transport et en logistique peuvent être formulés comme des modèles de conception de réseau. Ils requièrent généralement de transporter des produits, des passagers ou encore des données dans un réseau afin de satisfaire une certaine demande tout en minimisant les coûts. Dans ce mémoire, nous nous intéressons au problème de conception de réseau avec coûts fixes et capacités. Ce problème consiste à ouvrir un sous-ensemble des liens dans un réseau afin de satisfaire la demande, tout en respectant les contraintes de capacités sur les liens. L'objectif est de minimiser les coûts fixes associés à l'ouverture des liens et les coûts de transport des produits. Nous présentons une méthode exacte pour résoudre ce problème basée sur des techniques utilisées en programmation linéaire en nombres entiers. Notre méthode est une variante de l'algorithme de branch-and-bound, appelée branch-and-price-and-cut, dans laquelle nous exploitons à la fois la génération de colonnes et de coupes pour la résolution d'instances de grande taille, en particulier, celles ayant un grand nombre de produits. En nous comparant à CPLEX, actuellement l'un des meilleurs logiciels d'optimisation mathématique, notre méthode est compétitive sur les instances de taille moyenne et supérieure sur les instances de grande taille ayant un grand nombre de produits, et ce, même si elle n'utilise qu'un seul type d'inégalités valides.

L'algorithme de Branch and Price and Cut pour le problème de conception de réseaux avec coûts fixes et sans capacité

Le problème de conception de réseaux est un problème qui a été beaucoup étudié dans le domaine de la recherche opérationnelle pour ses caractéristiques, et ses applications dans des nombreux domaines tels que le transport, les communications, et la logistique. Nous nous intéressons en particulier dans ce mémoire à résoudre le problème de conception de réseaux avec coûts fixes et sans capacité, en satisfaisant les demandes de tous les produits tout en minimisant la somme des coûts de transport de ces produits et des coûts fixes de conception du réseau. Ce problème se modélise généralement sous la forme d’un programme linéaire en nombres entiers incluant des variables continues. Pour le résoudre, nous avons appliqué la méthode exacte de Branch-and-Bound basée sur une relaxation linéaire du problème avec un critère d’arrêt, tout en exploitant les méthodes de génération de colonnes et de génération de coupes. Nous avons testé la méthode de Branch-and-Price-and-Cut sur 156 instances divisées en cinq groupes de différentes tailles, et nous l’avons comparée à Cplex, l’un des meilleurs solveurs d’optimisation mathématique, ainsi qu’à la méthode de Branch-and- Cut. Notre méthode est compétitive et plus performante sur les instances de grande taille ayant un grand nombre de produits.

A heuristic algorithm for the Capacitated Vehicle Routing Problem with Synchronized Pick-ups and Drop-offs : a case study for medications delivery and supervision in DR Congo

Dans des contextes de post-urgence tels que le vit la partie occidentale de la République Démocratique du Congo (RDC), l’un des défis cruciaux auxquels font face les hôpitaux ruraux est de maintenir un niveau de médicaments essentiels dans la pharmacie. Sans ces médicaments pour traiter les maladies graves, l’impact sur la santé de la population est significatif. Les hôpitaux encourent également des pertes financières dues à la péremption lorsque trop de médicaments sont commandés. De plus, les coûts du transport des médicaments ainsi que du superviseur sont très élevés pour les hôpitaux isolés ; les coûts du transport peuvent à eux seuls dépasser ceux des médicaments. En utilisant la province du Bandundu, RDC pour une étude de cas, notre recherche tente de déterminer la faisabilité (en termes et de la complexité du problème et des économies potentielles) d’un problème de routage synchronisé pour la livraison de médicaments et pour les visites de supervision. Nous proposons une formulation du problème de tournées de véhicules avec capacité limitée qui gère plusieurs exigences nouvelles, soit la synchronisation des activités, la préséance et deux fréquences d’activités. Nous mettons en œuvre une heuristique « cluster first, route second » avec une base de données géospatiales qui permet de résoudre le problème. Nous présentons également un outil Internet qui permet de visualiser les solutions sur des cartes. Les résultats préliminaires de notre étude suggèrent qu’une solution synchronisée pourrait offrir la possibilité aux hôpitaux ruraux d’augmenter l’accessibilité des services médicaux aux populations rurales avec une augmentation modique du coût de transport actuel.

Logistics Network Design with Differentiated Delivery Lead-Time: Benefits and Insights

Most logistics network design models assume exogenous customer demand that is independent of the service time or level. This paper examines the benefits of segmenting demand according to lead-time sensitivity of customers. To capture lead-time sensitivity in the network design model, we use a facility grouping method to ensure that the different demand classes are satisfied on time. In addition, we perform a series of computational experiments to develop a set of managerial insights for the network design decision making process.

Power distribution network design aided by an expert system

The next couple of years will see the need for replacement of a large amount of life-expired switchgear on the UK 11 kV distribution system. Latest technology and alternative equipment have made the choice of replacement a complex task. The authors present an expert system as an aid to the decision process for the design of the 11 kV power distribution network.

GRASP heuristic with path-relinking for the multi-plant capacitated lot sizing problem

This paper addresses the independent multi-plant, multi-period, and multi-item capacitated lot sizing problem where transfers between the plants are allowed. This is an NP-hard combinatorial optimization problem and few solution methods have been proposed to solve it. We develop a GRASP (Greedy Randomized Adaptive Search Procedure) heuristic as well as a path-relinking intensification procedure to find cost-effective solutions for this problem. In addition, the proposed heuristics is used to solve some instances of the capacitated lot sizing problem with parallel machines. The results of the computational tests show that the proposed heuristics outperform other heuristics previously described in the literature. The results are confirmed by statistical tests. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

The open capacitated arc routing problem

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)