Microcomputers for civil engineering consultancy in developing countries

The civil engineering industry generally regards new methods and technology with a high amount of scepticism, preferring to use traditional and trusted methods. During the 1980s competition for civil engineering consultancy work in the world has become fierce. Halcrow recognised the need to maintain and improve their competitive edge over other consultants. The use of new technology in the form of microcomputers was seen to be one method to maintain and improve their repuation in the world. This thesis examines the role of microcomputers in civil engineering consultancy with particular reference to overseas projects. The involvement of civil engineers with computers, both past and present, has been investigated and a survey of the use of microcomputers by consultancies was carried out, the results are presented and analysed. A resume of the state-of-the-art of microcomputer technology was made. Various case studies were carried out in order to examine the feasibility of using microcomputers on overseas projects. One case study involved the examination of two projects in Bangladesh and is used to illustrate the requirements and problems encountered in such situations. Two programming applications were undertaken, a dynamic programming model of a single site reservoir and the simulation of the Bangladesh gas grid system. A cost-benefit analysis of a water resources project using microcomputers in the Aguan Valley, Honduras was carried out. Although the initial cost of microcomputers is often small, the overall costs can prove to be very high and are likely to exceed the costs of traditional computer methods. A planned approach for the use of microcomputers is essential in order to reap the expected benefits and recommendations for the implementation of such an approach are presented.

Management of the civil engineering works of Thomas Telford in the highlands of Scotland

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Field investigation of contactless displacement measurement using computer vision systems for civil engineering applications

Much of the bridge stock on major transport links in North America and Europe was constructed in the 1950s and 1960s and has since deteriorated or is carrying loads far in excess of the original design loads. Structural Health Monitoring Systems (SHM) can provide valuable information on the bridge capacity but the application of such systems is currently limited by access and bridge type. This paper investigates the use of computer vision systems for SHM. A series of field tests have been carried out to test the accuracy of displacement measurements using contactless methods. A video image of each test was processed using a modified version of the optical flow tracking method to track displacement. These results have been validated with an established measurement method using linear variable differential transformers (LVDTs). The results obtained from the algorithm provided an accurate comparison with the validation measurements. The calculated displacements agree within 2% of the verified LVDT measurements, a number of post processing methods were then applied to attempt to reduce this error.

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.

Spatial Data Systems for Transportation Planning, 1997

The objective of this research was to develop a methodology for transforming and dynamically segmenting data. Dynamic segmentation enables transportation system attributes and associated data to be stored in separate tables and merged when a specific query requires a particular set of data to be considered. A major benefit of dynamic segmentation is that individual tables can be more easily updated when attributes, performance characteristics, or usage patterns change over time. Applications of a progressive geographic database referencing system in transportation planning are vast. Summaries of system condition and performance can be made, and analyses of specific portions of a road system are facilitated.

Defining the Resolution of a Network for Transportation Analyses: a New Method to Improve Transportation Planning Decisions

Travel demand models are important tools used in the analysis of transportation plans, projects, and policies. The modeling results are useful for transportation planners making transportation decisions and for policy makers developing transportation policies. Defining the level of detail (i.e., the number of roads) of the transport network in consistency with the travel demand model’s zone system is crucial to the accuracy of modeling results. However, travel demand modelers have not had tools to determine how much detail is needed in a transport network for a travel demand model. This dissertation seeks to fill this knowledge gap by (1) providing methodology to define an appropriate level of detail for a transport network in a given travel demand model; (2) implementing this methodology in a travel demand model in the Baltimore area; and (3) identifying how this methodology improves the modeling accuracy. All analyses identify the spatial resolution of the transport network has great impacts on the modeling results. For example, when compared to the observed traffic data, a very detailed network underestimates traffic congestion in the Baltimore area, while a network developed by this dissertation provides a more accurate modeling result of the traffic conditions. Through the evaluation of the impacts a new transportation project has on both networks, the differences in their analysis results point out the importance of having an appropriate level of network detail for making improved planning decisions. The results corroborate a suggested guideline concerning the development of a transport network in consistency with the travel demand model’s zone system. To conclude this dissertation, limitations are identified in data sources and methodology, based on which a plan of future studies is laid out.

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.

TRAFFIC IMPACT ANALYSIS OF SEVERAL DYNAMIC LANE MANAGEMENT STRATEGIES FOR CONGESTION MITIGATION BASED ON DTA MODEL

Persistent daily congestion has been increasing in recent years, particularly along major corridors during selected periods in the mornings and evenings. On certain segments, these roadways are often at or near capacity. However, a conventional Predefined control strategy did not fit the demands that changed over time, making it necessary to implement the various dynamical lane management strategies discussed in this thesis. Those strategies include hard shoulder running, reversible HOV lanes, dynamic tolls and variable speed limit. A mesoscopic agent-based DTA model is used to simulate different strategies and scenarios. From the analyses, all strategies aim to mitigate congestion in terms of the average speed and average density. The largest improvement can be found in hard shoulder running and reversible HOV lanes while the other two provide more stable traffic. In terms of average speed and travel time, hard shoulder running is the most congested strategy for I-270 to help relieve the traffic pressure.

Quantifying the Resilience of an Urban Traffic-Electric Power Coupled System

Transportation system resilience has been the subject of several recent studies. To assess the resilience of a transportation network, however, it is essential to model its interactions with and reliance on other lifelines. In this work, a bi-level, mixed-integer, stochastic program is presented for quantifying the resilience of a coupled traffic-power network under a host of potential natural or anthropogenic hazard-impact scenarios. A two-layer network representation is employed that includes details of both systems. Interdependencies between the urban traffic and electric power distribution systems are captured through linking variables and logical constraints. The modeling approach was applied on a case study developed on a portion of the signalized traffic-power distribution system in southern Minneapolis. The results of the case study show the importance of explicitly considering interdependencies between critical infrastructures in transportation resilience estimation. The results also provide insights on lifeline performance from an alternative power perspective.

Transportation theory and planning

The aim of this research is to analyze the transport system and its subcomponents in order to highlight which are the design tools for physical and/or organizational projects related to transport supply systems. A characteristic of the transport systems is that the change of their structures can recoil on several entities, groups of entities, which constitute the community. The construction of a new infrastructure can modify both the transport service characteristic for all the user of the entire network; for example, the construction of a transportation infrastructure can change not only the transport service characteristics for the users of the entire network in which it is part of, but also it produces economical, social, and environmental effects. Therefore, the interventions or the improvements choices must be performed using a rational decision making approach. This approach requires that these choices are taken through the quantitative evaluation of the different effects caused by the different intervention plans. This approach becomes even more necessary when the decisions are taken in behalf of the community. Then, in order to understand how to develop a planning process in Transportation I will firstly analyze the transport system and the mathematical models used to describe it: these models provide us significant indicators which can be used to evaluate the effects of possible interventions. In conclusion, I will move on the topics related to the transport planning, analyzing the planning process, and the variables that have to be considered to perform a feasibility analysis or to compare different alternatives. In conclusion I will perform a preliminary analysis of a new transit system which is planned to be developed in New York City.

Strategic planning study : Fernway Park subdivision of Orland Park, Illinois : final report for Division of Water Resources, Illinois Department of Transportation /

Cover title: Strategic planning study for flood mitigation and control.

Climate Change Adaptation Tool for Transportation: Mid-Atlantic Region Case Study

Transportation has contributed to climate change and will most likely be impacted by changes in sea level, temperature, precipitation, and wind, for example. As the risk of climate change impacts become more imminent, pressure for adaptation within transportation agencies to address these impacts continues to rise. The most logical strategy is to integrate consideration of adaptation projects into the long-range transportation planning (LRTP) process. To do this, tools and experience are needed to assist transportation agencies. The Climate Change Adaptation Tool for Transportation (CCATT) is a step-by-step method to evaluate climate change scenarios and impacts, inventory at-risk existing and proposed infrastructure, and assess mitigation practices to identify supporting adaptation efforts. This paper focuses on the application of CCATT to the Mid-Atlantic region using a case study on the Wilmington Area Planning Council (WILMAPCO), the Metropolitan Planning Organization for northern Delaware. The results of the application and case study demonstrate the importance of climate change adaptation practices in long-range transportation planning. DOI: 10.1061/(ASCE)TE.1943-5436.0000515. (C) 2013 American Society of Civil Engineers.

Innovative financing for transportation: practical solutions and experiences. Final report.

Transportation Department, Office of Technology and Planning Assistance, Washington, D.C.

The computer aided system for planning efficient routes. Final report.

Indiana Department of Transportation, Indianapolis