Solution Methods for Service Network Design with Resource Management Consideration

La gestion des ressources, équipements, équipes de travail, et autres, devrait être prise en compte lors de la conception de tout plan réalisable pour le problème de conception de réseaux de services. Cependant, les travaux de recherche portant sur la gestion des ressources et la conception de réseaux de services restent limités. La présente thèse a pour objectif de combler cette lacune en faisant l’examen de problèmes de conception de réseaux de services prenant en compte la gestion des ressources. Pour ce faire, cette thèse se décline en trois études portant sur la conception de réseaux. La première étude considère le problème de capacitated multi-commodity fixed cost network design with design-balance constraints(DBCMND). La structure multi-produits avec capacité sur les arcs du DBCMND, de même que ses contraintes design-balance, font qu’il apparaît comme sous-problème dans de nombreux problèmes reliés à la conception de réseaux de services, d’où l’intérêt d’étudier le DBCMND dans le contexte de cette thèse. Nous proposons une nouvelle approche pour résoudre ce problème combinant la recherche tabou, la recomposition de chemin, et une procédure d’intensification de la recherche dans une région particulière de l’espace de solutions. Dans un premier temps la recherche tabou identifie de bonnes solutions réalisables. Ensuite la recomposition de chemin est utilisée pour augmenter le nombre de solutions réalisables. Les solutions trouvées par ces deux méta-heuristiques permettent d’identifier un sous-ensemble d’arcs qui ont de bonnes chances d’avoir un statut ouvert ou fermé dans une solution optimale. Le statut de ces arcs est alors fixé selon la valeur qui prédomine dans les solutions trouvées préalablement. Enfin, nous utilisons la puissance d’un solveur de programmation mixte en nombres entiers pour intensifier la recherche sur le problème restreint par le statut fixé ouvert/fermé de certains arcs. Les tests montrent que cette approche est capable de trouver de bonnes solutions aux problèmes de grandes tailles dans des temps raisonnables. Cette recherche est publiée dans la revue scientifique Journal of heuristics. La deuxième étude introduit la gestion des ressources au niveau de la conception de réseaux de services en prenant en compte explicitement le nombre fini de véhicules utilisés à chaque terminal pour le transport de produits. Une approche de solution faisant appel au slope-scaling, la génération de colonnes et des heuristiques basées sur une formulation en cycles est ainsi proposée. La génération de colonnes résout une relaxation linéaire du problème de conception de réseaux, générant des colonnes qui sont ensuite utilisées par le slope-scaling. Le slope-scaling résout une approximation linéaire du problème de conception de réseaux, d’où l’utilisation d’une heuristique pour convertir les solutions obtenues par le slope-scaling en solutions réalisables pour le problème original. L’algorithme se termine avec une procédure de perturbation qui améliore les solutions réalisables. Les tests montrent que l’algorithme proposé est capable de trouver de bonnes solutions au problème de conception de réseaux de services avec un nombre fixe des ressources à chaque terminal. Les résultats de cette recherche seront publiés dans la revue scientifique Transportation Science. La troisième étude élargie nos considérations sur la gestion des ressources en prenant en compte l’achat ou la location de nouvelles ressources de même que le repositionnement de ressources existantes. Nous faisons les hypothèses suivantes: une unité de ressource est nécessaire pour faire fonctionner un service, chaque ressource doit retourner à son terminal d’origine, il existe un nombre fixe de ressources à chaque terminal, et la longueur du circuit des ressources est limitée. Nous considérons les alternatives suivantes dans la gestion des ressources: 1) repositionnement de ressources entre les terminaux pour tenir compte des changements de la demande, 2) achat et/ou location de nouvelles ressources et leur distribution à différents terminaux, 3) externalisation de certains services. Nous présentons une formulation intégrée combinant les décisions reliées à la gestion des ressources avec les décisions reliées à la conception des réseaux de services. Nous présentons également une méthode de résolution matheuristique combinant le slope-scaling et la génération de colonnes. Nous discutons des performances de cette méthode de résolution, et nous faisons une analyse de l’impact de différentes décisions de gestion des ressources dans le contexte de la conception de réseaux de services. Cette étude sera présentée au XII International Symposium On Locational Decision, en conjonction avec XXI Meeting of EURO Working Group on Locational Analysis, Naples/Capri (Italy), 2014. En résumé, trois études différentes sont considérées dans la présente thèse. La première porte sur une nouvelle méthode de solution pour le "capacitated multi-commodity fixed cost network design with design-balance constraints". Nous y proposons une matheuristique comprenant la recherche tabou, la recomposition de chemin, et l’optimisation exacte. Dans la deuxième étude, nous présentons un nouveau modèle de conception de réseaux de services prenant en compte un nombre fini de ressources à chaque terminal. Nous y proposons une matheuristique avancée basée sur la formulation en cycles comprenant le slope-scaling, la génération de colonnes, des heuristiques et l’optimisation exacte. Enfin, nous étudions l’allocation des ressources dans la conception de réseaux de services en introduisant des formulations qui modèlent le repositionnement, l’acquisition et la location de ressources, et l’externalisation de certains services. À cet égard, un cadre de solution slope-scaling développé à partir d’une formulation en cycles est proposé. Ce dernier comporte la génération de colonnes et une heuristique. Les méthodes proposées dans ces trois études ont montré leur capacité à trouver de bonnes solutions.

Étude de la distribution de Salmonella comme un descripteur des enjeux de biosécurité dans un réseau de production: élevages et abattoir de porcs.

La production porcine a fait l’objet de plusieurs études visant à réduire la prévalence de Salmonella sur les carcasses à l’abattoir. Ces études ont ciblé l’élevage comme une source de la contamination observée. Malgré la multitude de facteurs de risques identifiés dans les travaux antérieurs, des étapes restent à investiguer dans le réseau de production primaire porcin. L’objectif de ce projet était de décrire la contamination à l’interface du réseau de production porcin: entre la ferme et l’abattoir. Pour ce faire, un réseau composé de dix fermes et un abattoir a été choisi incluant les trasporteurs. Trente visites de fermes, 36 suivis de camions lors du chargement - livraison et 18 investigations de la cour arrière de l’abattoir ont été réalisés au cours des 13 mois de la phase terrain du projet. De ces 738 échantillons, les résultats ont démontré des profils spécifiques de fermes cumulant 9 sérovars de Salmonella et 4 lysotypes différents de S. Typhimurium. Le quai de chargement à la ferme présentait 34,21% d’échantillons positifs. Des isolats non différenciables de S. Derby contaminaient ce site pour quatre fermes distinctes. Dans la cour d’abattoir, Salmonella a été retrouvée abondamment sur tous les trajets de circulation des camions (67% n=144). L’existence d’un lien dynamique de contamination par le camion de livraison des porcs lors des opérations de livraison à l’interface élevage- abattoir a été documentée. Cette interface représente un réservoir de Salmonella et donc un risque permanent de contamination croisée du réseau de production vers l’abattoir mais aussi de retour vers l’élevage

Analyse de la distribution d'Escherichia coli, utilisée comme un marqueur microbiologique, dans un réseau de production porcin.

La présence d’Escherichia coli pathogènes en élevages porcins entraine des retards de croissance et la mortalité. La transmission des E. coli pathogènes entre les élevages et l'abattoir d’un même réseau de production n'est pas bien décrite. La détection des gènes de virulence des E. coli pathogènes pourrait permettre d’identifier un marqueur de contamination dans le réseau. L’objectif de cette étude a été d’identifier un marqueur de contamination E. coli dans un réseau de production porcine défini afin de décrire certains modes de transmission des E. coli pathogènes. Pour ce faire, une région géographique comprenant 10 fermes d’engraissement, un abattoir et un réseau de transport a été sélectionnée. Trois lots de production consécutifs par ferme ont été suivis pendant 12 mois. Des échantillons environnementaux ont été prélevés à l’intérieur et à l’extérieur des fermes (3 visites d’élevage), dans la cour de l’abattoir (2 visites lors de sorties de lot) et sur le camion de transport. La détection des gènes de virulence (eltB, estA, estB, faeG, stxA, stx2A, eae, cnf, papC, iucD, tsh, fedA) dans les échantillons a été réalisée par PCR multiplexe conventionnelle. La distribution temporelle et spatiale des gènes de virulence a permis d’identifier le marqueur de contamination ETEC/F4 défini par la détection d’au moins un gène d’entérotoxine ETEC (estB, estA et eltB) en combinaison avec le gène de l’adhésine fimbriaire (faeG). La distribution des échantillons positifs ETEC/F4 qualifie la cour de l’abattoir comme un réservoir de contamination fréquenté par les transporteurs, vecteurs de contamination entre les élevages. Ceci suggère le lien microbiologique entre l’élevage, les transporteurs et l’abattoir jouant chacun un rôle dans la dissémination des microorganismes pathogènes et potentiellement zoonotiques en production porcine.

Optimizing the Dynamic Distribution of Data-stream for High Speed Communications

The performances of high-speed network communications frequently rest with the distribution of data-stream. In this paper, a dynamic data-stream balancing architecture based on link information is introduced and discussed firstly. Then the algorithms for simultaneously acquiring the passing nodes and links of a path between any two source-destination nodes rapidly, as well as a dynamic data-stream distribution planning are proposed. Some related topics such as data fragment disposal, fair service, etc. are further studied and discussed. Besides, the performance and efficiency of proposed algorithms, especially for fair service and convergence, are evaluated through a demonstration with regard to the rate of bandwidth utilization. Hoping the discussion presented here can be helpful to application developers in selecting an effective strategy for planning the distribution of data-stream.

A quality-based cost distribution charging scheme for QoS multicast networks

This paper presents a new charging scheme for cost distribution along a point-to-multipoint connection when destination nodes are responsible for the cost. The scheme focus on QoS considerations and a complete range of choices is presented. These choices go from a safe scheme for the network operator to a fair scheme to the customer. The in-between cases are also covered. Specific and general problems, like the incidence of users disconnecting dynamically is also discussed. The aim of this scheme is to encourage the users to disperse the resource demand instead of having a large number of direct connections to the source of the data, which would result in a higher than necessary bandwidth use from the source. This would benefit the overall performance of the network. The implementation of this task must balance between the necessity to offer a competitive service and the risk of not recovering such service cost for the network operator. Throughout this paper reference to multicast charging is made without making any reference to any specific category of service. The proposed scheme is also evaluated with the criteria set proposed in the European ATM charging project CANCAN

Fast calculation of the CAC convolution algorithm using the multinomial distribution function

The authors focus on one of the methods for connection acceptance control (CAC) in an ATM network: the convolution approach. With the aim of reducing the cost in terms of calculation and storage requirements, they propose the use of the multinomial distribution function. This permits direct computation of the associated probabilities of the instantaneous bandwidth requirements. This in turn makes possible a simple deconvolution process. Moreover, under certain conditions additional improvements may be achieved

Estimation of zero-sequence impedance of undergrounds cables for single-phase fault location in distribution systems with electric arc

This paper focus on the problem of locating single-phase faults in mixed distribution electric systems, with overhead lines and underground cables, using voltage and current measurements at the sending-end and sequence model of the network. Since calculating series impedance for underground cables is not as simple as in the case of overhead lines, the paper proposes a methodology to obtain an estimation of zero-sequence impedance of underground cables starting from previous single-faults occurred in the system, in which an electric arc occurred at the fault location. For this reason, the signal is previously pretreated to eliminate its peaks voltage and the analysis can be done working with a signal as close as a sinus wave as possible

A hybrid method for sag source location in power network

The work presented in this paper belongs to the power quality knowledge area and deals with the voltage sags in power transmission and distribution systems. Propagating throughout the power network, voltage sags can cause plenty of problems for domestic and industrial loads that can financially cost a lot. To impose penalties to responsible party and to improve monitoring and mitigation strategies, sags must be located in the power network. With such a worthwhile objective, this paper comes up with a new method for associating a sag waveform with its origin in transmission and distribution networks. It solves this problem through developing hybrid methods which hire multiway principal component analysis (MPCA) as a dimension reduction tool. MPCA reexpresses sag waveforms in a new subspace just in a few scores. We train some well-known classifiers with these scores and exploit them for classification of future sags. The capabilities of the proposed method for dimension reduction and classification are examined using the real data gathered from three substations in Catalonia, Spain. The obtained classification rates certify the goodness and powerfulness of the developed hybrid methods as brand-new tools for sag classification

Distribution of diatom communities in agricultural and mining watersheds of Southwest Spain

Els sistemes aquàtics continental representen un dels ecosistemes més amenaçats a nivell mundial, com a conseqüència de l'ús intensiu quel'home en fa. La conca del Guadiana no està lliure d'aquestes pressions antròpiques. Les grans infraestructures hidràuliques i l'escorrentia provinent de l'agricultura són només exemples dels greus problemes que pateix la conca. Aquests problemes es fan especialment palesos en la zona alta de la conca, on l'escassetat d'aigua no fa més que agreujar el problema.Tot això ha generat la necessitat urgent d'avaluar l'estat de conservació d'aquests ecosistemes aquàtics continentals, poder determinar la mesura i la magnitud de les pertorbacions que els estan afectant i així proposar mesures de gestió destinades a restaurar-ne la integritat ecològica. El principal objectiu que presenta aquest és determinar els patrons de distribució de les comunitats de algals (amb una menció especial en el grup de les diatomees) i de les seves causes en la conca del Guadiana i associades, amb la finalitat d'establir i proposar eines que permetin avaluar l'estat de conservació de les masses d'aigua d'aquestes conques.

Automatic diagnosis of voltage disturbances in power distribution networks

This thesis proposes a framework for identifying the root-cause of a voltage disturbance, as well as, its source location (upstream/downstream) from the monitoring place. The framework works with three-phase voltage and current waveforms collected in radial distribution networks without distributed generation. Real-world and synthetic waveforms are used to test it. The framework involves features that are conceived based on electrical principles, and assuming some hypothesis on the analyzed phenomena. Features considered are based on waveforms and timestamp information. Multivariate analysis of variance and rule induction algorithms are applied to assess the amount of meaningful information explained by each feature, according to the root-cause of the disturbance and its source location. The obtained classification rates show that the proposed framework could be used for automatic diagnosis of voltage disturbances collected in radial distribution networks. Furthermore, the diagnostic results can be subsequently used for supporting power network operation, maintenance and planning.

Flight periodicity and the vertical distribution of high-altitude moth migration over southern Britain

The continuous operation of insect-monitoring radars in the UK has permitted, for the first time, the characterization of various phenomena associated with high-altitude migration of large insects over this part of northern Europe. Previous studies have taken a case-study approach, concentrating on a small number of nights of particular interest. Here, combining data from two radars, and from an extensive suction- and light-trapping network, we have undertaken a more systematic, longer-term study of diel flight periodicity and vertical distribution of macro-insects in the atmosphere. Firstly, we identify general features of insect abundance and stratification, occurring during the 24-hour cycle, which emerge from four years’ aggregated radar data for the summer months in southern Britain. These features include mass emigrations at dusk and to a lesser extent at dawn, and daytime concentrations associated with thermal convection. We then focus our attention on the well-defined layers of large nocturnal migrants that form in the early evening, usually at heights of 200–500 m above ground. We present evidence from both radar and trap data that these nocturnal layers are composed mainly of noctuid moths, with species such as Noctua pronuba, Autographa gamma, Agrotis exclamationis, A. segetum, Xestia c-nigrum and Phlogophora meticulosa predominating.

Distribution of selected heavy metals in sediments of the Agueda river (Central Portugal)

The state of river water deterioration in the Agueda hydrographic basin, mostly in the western part, partly reflects the high rate of housing and industrial development in this area in recent years. The streams have acted as a sink for organic and inorganic loads from several origins: domestic and industrial sewage and agricultural waste. The contents of the heavy metals Cr, Cd, Ni, Cu, Pb, and Zn were studied by sequential chemical extraction of the principal geochemical phases of streambed sediments, in the <63 mum fraction, in order to assess their potential availability to the environment, investigating, the metal concentrations, assemblages, and trends. The granulometric and mineralogical characteristics of this sediment fraction were also studied. This study revealed clear pollution by Cr, Cd, Ni, Cu, Zn, and Pb, as a result from both natural and anthropogenic origins. The chemical transport of metals appears to be essentially by the following geochemical phases, in decreasing order of significance: (exchangeable + carbonates) much greater than (organics) much greater than (Mn and Fe oxides and hydroxides). The (exchangeable + carbonate) phase plays an important part in the fixation of Cu, Ni, Zn, and Cd. The organic phase is important in the fixation of Cr, Pb, and also Cu and Ni. Analyzing the metal contents in the residual fraction, we conclude that Zn and Cd are the most mobile, and Cr and Pb are less mobile than Cu and Ni. The proximity of the pollutant sources and the timing of the influx of contaminated material control the distribution of the contaminant-related sediments locally and on the network scale.

Expert system aid for design of overload line distribution networks

The use of expert system techniques in power distribution system design is examined. The selection and siting of equipment on overhead line networks is chosen for investigation as the use of equipment such as auto-reclosers, etc., represents a substantial investment and has a significant effect on the reliability of the system. Through past experience with both equipment and network operations, most decisions in selection and siting of this equipment are made intuitively, following certain general guidelines or rules of thumb. This heuristic nature of the problem lends itself to solution using an expert system approach. A prototype has been developed and is currently under evaluation in the industry. Results so far have demonstrated both the feasibility and benefits of the expert system as a design aid.

The distribution of London residential property prices and the role of spatial lock-in

Much of mainstream economic analysis assumes that markets adjust smoothly, through prices, to changes in economic conditions. However, this is not necessarily the case for local housing markets, whose spatial structures may exhibit persistence, so that conditions may not be those most suited to the requirements of modern-day living. Persistence can arise from the existence of transaction costs. The paper tests the proposition that housing markets in Inner London exhibit a degree of path dependence, through the construction of a three-equation model, and examines the impact of variables constructed for the 19th and early 20th centuries on modern house prices. These include 19th-century social structures, slum clearance programmes and the 1908 underground network. Each is found to be significant. The tests require the construction of novel historical datasets, which are also described in the paper.

A method for under-sampled ecological network data analysis: plant-pollination as case study

In this paper, we develop a method, termed the Interaction Distribution (ID) method, for analysis of quantitative ecological network data. In many cases, quantitative network data sets are under-sampled, i.e. many interactions are poorly sampled or remain unobserved. Hence, the output of statistical analyses may fail to differentiate between patterns that are statistical artefacts and those which are real characteristics of ecological networks. The ID method can support assessment and inference of under-sampled ecological network data. In the current paper, we illustrate and discuss the ID method based on the properties of plant-animal pollination data sets of flower visitation frequencies. However, the ID method may be applied to other types of ecological networks. The method can supplement existing network analyses based on two definitions of the underlying probabilities for each combination of pollinator and plant species: (1), pi,j: the probability for a visit made by the i’th pollinator species to take place on the j’th plant species; (2), qi,j: the probability for a visit received by the j’th plant species to be made by the i’th pollinator. The method applies the Dirichlet distribution to estimate these two probabilities, based on a given empirical data set. The estimated mean values for pi,j and qi,j reflect the relative differences between recorded numbers of visits for different pollinator and plant species, and the estimated uncertainty of pi,j and qi,j decreases with higher numbers of recorded visits.