Optimization models and methods for real-time transportation planning in forestry

Lors du transport du bois de la forêt vers les usines, de nombreux événements imprévus peuvent se produire, événements qui perturbent les trajets prévus (par exemple, en raison des conditions météo, des feux de forêt, de la présence de nouveaux chargements, etc.). Lorsque de tels événements ne sont connus que durant un trajet, le camion qui accomplit ce trajet doit être détourné vers un chemin alternatif. En l’absence d’informations sur un tel chemin, le chauffeur du camion est susceptible de choisir un chemin alternatif inutilement long ou pire, qui est lui-même "fermé" suite à un événement imprévu. Il est donc essentiel de fournir aux chauffeurs des informations en temps réel, en particulier des suggestions de chemins alternatifs lorsqu’une route prévue s’avère impraticable. Les possibilités de recours en cas d’imprévus dépendent des caractéristiques de la chaîne logistique étudiée comme la présence de camions auto-chargeurs et la politique de gestion du transport. Nous présentons trois articles traitant de contextes d’application différents ainsi que des modèles et des méthodes de résolution adaptés à chacun des contextes. Dans le premier article, les chauffeurs de camion disposent de l’ensemble du plan hebdomadaire de la semaine en cours. Dans ce contexte, tous les efforts doivent être faits pour minimiser les changements apportés au plan initial. Bien que la flotte de camions soit homogène, il y a un ordre de priorité des chauffeurs. Les plus prioritaires obtiennent les volumes de travail les plus importants. Minimiser les changements dans leurs plans est également une priorité. Étant donné que les conséquences des événements imprévus sur le plan de transport sont essentiellement des annulations et/ou des retards de certains voyages, l’approche proposée traite d’abord l’annulation et le retard d’un seul voyage, puis elle est généralisée pour traiter des événements plus complexes. Dans cette ap- proche, nous essayons de re-planifier les voyages impactés durant la même semaine de telle sorte qu’une chargeuse soit libre au moment de l’arrivée du camion à la fois au site forestier et à l’usine. De cette façon, les voyages des autres camions ne seront pas mo- difiés. Cette approche fournit aux répartiteurs des plans alternatifs en quelques secondes. De meilleures solutions pourraient être obtenues si le répartiteur était autorisé à apporter plus de modifications au plan initial. Dans le second article, nous considérons un contexte où un seul voyage à la fois est communiqué aux chauffeurs. Le répartiteur attend jusqu’à ce que le chauffeur termine son voyage avant de lui révéler le prochain voyage. Ce contexte est plus souple et offre plus de possibilités de recours en cas d’imprévus. En plus, le problème hebdomadaire peut être divisé en des problèmes quotidiens, puisque la demande est quotidienne et les usines sont ouvertes pendant des périodes limitées durant la journée. Nous utilisons un modèle de programmation mathématique basé sur un réseau espace-temps pour réagir aux perturbations. Bien que ces dernières puissent avoir des effets différents sur le plan de transport initial, une caractéristique clé du modèle proposé est qu’il reste valable pour traiter tous les imprévus, quelle que soit leur nature. En effet, l’impact de ces événements est capturé dans le réseau espace-temps et dans les paramètres d’entrée plutôt que dans le modèle lui-même. Le modèle est résolu pour la journée en cours chaque fois qu’un événement imprévu est révélé. Dans le dernier article, la flotte de camions est hétérogène, comprenant des camions avec des chargeuses à bord. La configuration des routes de ces camions est différente de celle des camions réguliers, car ils ne doivent pas être synchronisés avec les chargeuses. Nous utilisons un modèle mathématique où les colonnes peuvent être facilement et naturellement interprétées comme des itinéraires de camions. Nous résolvons ce modèle en utilisant la génération de colonnes. Dans un premier temps, nous relaxons l’intégralité des variables de décision et nous considérons seulement un sous-ensemble des itinéraires réalisables. Les itinéraires avec un potentiel d’amélioration de la solution courante sont ajoutés au modèle de manière itérative. Un réseau espace-temps est utilisé à la fois pour représenter les impacts des événements imprévus et pour générer ces itinéraires. La solution obtenue est généralement fractionnaire et un algorithme de branch-and-price est utilisé pour trouver des solutions entières. Plusieurs scénarios de perturbation ont été développés pour tester l’approche proposée sur des études de cas provenant de l’industrie forestière canadienne et les résultats numériques sont présentés pour les trois contextes.

Health planning & health services research /

Description based on: Oct. 16, 1979.

Motion Planning and Controls with Safety and Temporal Constraints

Motion planning, or trajectory planning, commonly refers to a process of converting high-level task specifications into low-level control commands that can be executed on the system of interest. For different applications, the system will be different. It can be an autonomous vehicle, an Unmanned Aerial Vehicle(UAV), a humanoid robot, or an industrial robotic arm. As human machine interaction is essential in many of these systems, safety is fundamental and crucial. Many of the applications also involve performing a task in an optimal manner within a given time constraint. Therefore, in this thesis, we focus on two aspects of the motion planning problem. One is the verification and synthesis of the safe controls for autonomous ground and air vehicles in collision avoidance scenarios. The other part focuses on the high-level planning for the autonomous vehicles with the timed temporal constraints. In the first aspect of our work, we first propose a verification method to prove the safety and robustness of a path planner and the path following controls based on reachable sets. We demonstrate the method on quadrotor and automobile applications. Secondly, we propose a reachable set based collision avoidance algorithm for UAVs. Instead of the traditional approaches of collision avoidance between trajectories, we propose a collision avoidance scheme based on reachable sets and tubes. We then formulate the problem as a convex optimization problem seeking control set design for the aircraft to avoid collision. We apply our approach to collision avoidance scenarios of quadrotors and fixed-wing aircraft. In the second aspect of our work, we address the high level planning problems with timed temporal logic constraints. Firstly, we present an optimization based method for path planning of a mobile robot subject to timed temporal constraints, in a dynamic environment. Temporal logic (TL) can address very complex task specifications such as safety, coverage, motion sequencing etc. We use metric temporal logic (MTL) to encode the task specifications with timing constraints. We then translate the MTL formulae into mixed integer linear constraints and solve the associated optimization problem using a mixed integer linear program solver. We have applied our approach on several case studies in complex dynamical environments subjected to timed temporal specifications. Secondly, we also present a timed automaton based method for planning under the given timed temporal logic specifications. We use metric interval temporal logic (MITL), a member of the MTL family, to represent the task specification, and provide a constructive way to generate a timed automaton and methods to look for accepting runs on the automaton to find an optimal motion (or path) sequence for the robot to complete the task.

Virtual Learning Factory on VR-Supported Factory Planning

Part 13: Virtual Reality and Simulation

Development of Planning And Evaluation Models For Superstreets

Despite the extensive implementation of Superstreets on congested arterials, reliable methodologies for such designs remain unavailable. The purpose of this research is to fill the information gap by offering reliable tools to assist traffic professionals in the design of Superstreets with and without signal control. The entire tool developed in this thesis consists of three models. The first model is used to determine the minimum U-turn offset length for an Un-signalized Superstreet, given the arterial headway distribution of the traffic flows and the distribution of critical gaps among drivers. The second model is designed to estimate the queue size and its variation on each critical link in a signalized Superstreet, based on the given signal plan and the range of observed volumes. Recognizing that the operational performance of a Superstreet cannot be achieved without an effective signal plan, the third model is developed to produce a signal optimization method that can generate progression offsets for heavy arterial flows moving into and out of such an intersection design.

Analysis of competitiveness level in an industrial company using a continuous improvement based approach

International audience