Transcript Slide 1 - wcmasterntruong

Bài Toán Thu Gom Vậ n Chuyể n
Chấ t Thả i Nguy Hạ i
Hv: Nguyễ n Trườ ng
GVHD: Ts.Trầ n Văn Hoài
25-Jan-10
Nộ i dung báo cáo
1. Giớ i thiệ u đề tài
2. Các đề tài liên quan
3. Mô hình toán họ c
4. Lờ i giả i bài toán
5. Kế t quả thử nghiệ m
6. Chươ ng trình Demo
7. Kế t luậ n
8. Hỏ i và trả lờ i
Giớ i thiệ u đề tài (1/4)
Hệ thố ng quả n lý CTNH đang tồ n tài
• Xây dựng cở sở dữ liệu về CTNH
• Quản lý giám sát dòng CTNH
– Chủ nguồn thải
– Chủ vận chuyển
– Chủ xử lí
• Quản lí chứng từ CTNH
Lộ trình củ a các phươ ng tiệ n ???
Giớ i thiệ u đề tài (2/4)
Bài toán thu gom vậ n chuyể n CTNH
Điể xuất
phát
Trạm xử lý
Nhà máy
Giớ i thiệ u đề tài (3/4)
Bài toán thu gom vậ n chuyể n CTNH
• Các ràng buộc
 Ràng buộc trên phương tiện
 Ràng buộc trên lộ trình
 Ràng buộc trên CTNH
 Ràng buộc khung thời gian
• Mục tiêu
 Tối thiểu hóa số phương tiện sử dụng
 Tối thiểu hóa khoảng cách và thời gian
di chuyển của phương tiện
 Tối thiểu hóa thời gian chờ của phương tiện
Giớ i thiệ u đề tài (4/4)
Mụ c tiêu và giớ i hạ n củ a đề tài
• Tìm hiểu nhu cầu bài toán thực tế, bài toán thu
gom vận chuyển CTNH
• Tìm hiểu về bài toán VRP và các vấn đề liên
quan.
• Tìm ra phương pháp giải cho bài toán thu gom
vận chuyển CTNH
• Hiện thực, thử nghiệm kết quả, chương trình
demo thể hiện kết quả nghiện cứu
• Đề ra hướng phát triển của đề tài
Nộ i dung báo cáo
1. Giớ i thiệ u đề tài
2. Các đề tài liên quan
3. Mô hình toán họ c
4. Lờ i giả i bài toán
5. Kế t quả thử nghiệ m
6. Demo
7. Kế t luậ n
8. Hỏ i và trả lờ i
Các đề tài liên quan (1/3)
Giớ i thiệ u bài toán VRP
• Bài toán TSP, m-TSP
• VRP, VRPTW
• Vehicle Routing Problem
with length Constraint (VRPLC)
• Split delivery VRP
• Pickup and delivery VRP
Các đề tài liên quan (2/3)
Giớ i thiệ u bài toán VRP
 VRPTW quan tâm trạm xử lí trung gian và loại
CTNH
Điểm xuất phát
Nhà máy
Trạm xử lý
f
Các đề tài liên quan (3/3)
 Dang Vu Tung, Anulark Pinnoi. Vehicle Routing-scheduling for waste collection in
HaNoi. European Journal of Operations Research 125 (2000) 449-468
 Buyung-In Kim, Seongbea Kim, Surya Sahoo. Waste collection vehicle routing
problem with time windows. Computers & Operations Research 33 (2006) 36243642
 MariusM.Solomon. Algorithms for the Vehicle Routing and Scheduling Problems
with Time Window Constraints. Operations Research, Vol.35, No.2. (Mar.Apr.,1987), pp.254-265
 Đề tài thầy Dương Ngọc Hiếu
Nộ i dung báo cáo
 Giới thiệu đề tài
 Các đề tài liên quan
 Mô hình toán học
 Lời giải bài toán
 Kết quả thử nghiệm
 Demo
 Kết luận
 Hỏi và trả lời
Mô hình toán họ c củ a bài toán

G=V , A
V ={0,1,. .. , N , N 1,. .. , N  M }
 0 : Điểm xuất phát, 1... N: Nhà máy ,
 Khung thời gian:
 Thời gian phục vụ:
N 1,. .. , N  M : Tr ạm x ử lý
[a i , b i ]
a i , bi ∈ℝ
si
si ∈ℝ
 Thời gian:
di
d ij
t ij
 Tập phương tiện:
K ={0,1,. .. , k }
 Các biến:
X i , j ,k ∈{0,1}
 Hằng số :
C ,H
 Nhu cầu thu gom:
 Khoảng cách:
d i ∈ℝ
d ij ∈ℝ
t ij ∈ℝ
,
W i , k ∈ℝ ,
Di ,k ∈ℝ
,
Oi , k ∈N
Mô hình toán họ c củ a bài toán

Hàm mục tiêu
min {1 ∑
∑
k ∈ K i , j ∈ A

t i , j X i , j , k  2 ∑
∑
k ∈K i , j ∈ A
d i , j X i , j , k  3 ∑
∑
k∈ K i , j ∈ A
W i , k −a i  X i , j , k }
Các ràng buộc
NM
1.
2.
3.
∑∑
k ∈K
NM
∑
i=0
N
j=0
X i , j , k =1
∀ i∈{1,2,3,... , N }
NM
X i , j ,k=
∑
i =0
X
j ,i , k
∀ k ∈ K , j ∈{0,1,. . , N  M }
∑ X 0, j , k ≤1
∀k ∈K
4.
Di , k ≤C
∀ k ∈ K ,i∈{1,2,3,. . , N , N  M }
5.
Dm , k =0
∀ k ∈ K , m∈{0, N 1, N 2,. . , N  M }
6.
Di , k d j – D j , k ≤1 – X i , j , k  BigM
i , j∈{0,1,... , N ,.. , N  M }
j=1
Mô hình toán họ c
Các ràng buộ c
7.
8.
9.
W i , k s i t ij – W
j ,k
≤1 – X i , j , k  BigM
N M
ai
∑
j=1
N M
X i , j , k ≤W i , k ≤bi
∑
j=1
X i , j ,k
E ≤W i , k ≤ L
∀ k ∈ K ,i , j ∈ A
∀ k ∈ K , i∈{0,1,. . , N  M }
∀ k ∈ K , i∈{0,1,. . , N  M }
N M N M
10. ∑ ∑
i =1
j =1
X i , j , k d i , j≤ H
11.
O 0, k =0
12.
O i , k – O j , k 1≤ BigM 1 – X i , j , k 
∀ k∈K
∀ k∈K
∀ k ∈ K i , j ∈{1,. . , N , ... N  M }
Mô hình toán họ c
Các ràng buộ c
13.
X i , i , k =0
∀ k ∈ K , i ∈{0,1,. .. , N  M }
14.
X 0, j , k =0
∀ k ∈ K , j ∈{ N 1,. .. , N  M }
15.
X i , j , k =0
∀ k ∈ K , i , j ∈{ N 1,. .. , N  M }
16.
X i ,0, k =0
∀ k ∈ K , i ∈{1,2,. .. , N }
17.
X i , j , k ∈{0,1}
∀ k ∈ K , i , j ∈{0,1,. . , N M }
18.
D i , k ≥0
∀ k ∈ K , i ∈{0,1,... , N  M }
Mô hình toán họ c
Các hạ n chế
• Nonlinear programming
• Rang buoc chat thai nguy hai
• So luong bien qua lon
Nộ i dung báo cáo

Giớ i thiệ u đề tài

Các đề tài liên quan

Mô hình toán học

Lờ i giả i bài toán

Kết quả thử nghiệm

Demo

Kết luận

Hỏi và trả lời
Lờ i giả i bài toán
Cấ u trúc lờ i giả i
Bài toán VRP
Bài toán thu gom vận chuyển CTNH
Lờ i giả i bài toán
Cấ u trúc lộ trình con

Cấu trúc một lộ trình con bình thường
Điểm xuất
phát/Trạm xử
lý
Nhà
máy
….
Nhà
máy
Nhà
máy
Điểm xuất
phát/Trạm xử lý
Nhà
máy
Trạm
xử lý
Điểm xuất phát
Cấu trúc lộ trình con cuối cùng
Điểm xuất
phát/Trạm xử
lý
Nhà
máy
….
Lờ i giả i bài toán
Xây dự ng lờ i giả i khả thi ban đầ u
•
Khởi tọa lộ trình con
•
Chèn các nhà máy vào lộ trình con
theo giải thuật Solomo mở rộng
Giá trị hàm F1 nhỏ nhất
F 1=1 l i− 2 t 0i
Khởi tạo lộ trình
con thành công (REF) ?
Yes
[REF, nhà máy đầ u tiên, DEPOT]
•
Xây dựng lộ trình
chính
REF = DEPOT
No
Chèn trạm xử lý vào lộ trình con
REF = trạm xử lý
Sử dụng giải thuật Solomo mở rộng
Để chèn các nhà máy vào lộ trình con
Chèn lộ trình con vào lộ trình chính
Kết thúc một lộ
trình chính
Lờ i giả i bài toán
L ộ trìn h c o n b a n đ ầ u
[R E F , N H À M Á Y , D E P O T ]
Giả i thuậ t Solomo mở rộ ng
L ầ n lư ợ t d u y ệ t q u a d a n h s á c h n h à m á y
c h ư a đ ư ợ c v iế n g t h ă m v à c á c v ị t rí t r o n g lộ
trìn h c o n
• C i , u , j =d d − d
• C i , u , j =b −b
• C i , u , j = C i ,u , j C i , u , j ,  =1
• C i , u , j = d – C i , u , j
11
iu
uj
K iể m t r a r à n g b u ộ c k h ố i lư ơ n g
v à m â u th u ẩ n C T N H ?
ij
K iể m t ra rà n g b u ộ c
k h u n g t h ờ i g ia n ?
No
12
ju
Yes
j
Yes
T í n h C 2 ( I, u , j) v à c h è n v à o d a n h s á c h C 2
1
1
11
2
12
1
No
No
2
K ế t th ú c d a n h s á c h n h à m á y
c h ư a v iế n g t h ă m ?
2
0u
1
Yes
C h ọ n đ ư ợ c C 2 ( i* , u * ,j* )
c ó g iá t rị C 2 n h ỏ n h ấ t ?
Yes
No
C h è n u * v à o g iữ a h a i n h à m á y i* v à j*
K ế t t h ú c lộ t rì n h c o n
C ậ p n h ậ t lộ
trìn h c o n
Lờ i giả i bài toán
L ộ t rì n h c o n c ầ n c h è n t rạ m x ử lý ,
C m in = M a x _ n u m b e r
M = N U LL
Giả i thuậ t chèn trạ m xử lý
L ầ n lư ợ t d u y ệ t q u a c á c t r ạ m x ử lý m
d a n h s á c h t rạ m x ử lý
• Hàm chi phí
i
t ro n g
K iể m t ra rà n g b u ộ c t ổ n g k h o ả n g
c á c h d i c h u y ể n c ủ a lộ t rì n h c h í n h
Yes
C =1 C dist 2 C move−time 3 C wait−time
K iể m t ra rà n g b u ộ c
k h u n g t h ờ i g ia n
Yes
N o
T í n h c h i p h í C i c ủ a lộ t rì n h c o n
sau khi chèn m i
N o
N o
C i < C
m in
Yes
M = m
i
,C
m in
= C
i
N o
K ế t th ú c
d a n h s á c h t r ạ m x ử lý ?
Yes
M == N U LL
Yes
X ó a n h à m á y c u ố i c ù n g ra k h ỏ i lộ t rì n h c o n
C h è n t r ạ m x ử lý M v à o lộ
trìn h c o n
Lờ i giả i bài toán
Cơ chế sinh lờ i giả i lân cậ n



−Opt
−Interchagne
Composite Cylic Exchange
Lờ i giả i bài toán
Giả i thuậ t leo đồ i
L ờ i g iả i k h ả t h i b a n
đ ầ u S , S b e st = S
L ầ n lư ợ t d u y ệ t q u a t ấ t c ả
c á c lờ i g iả i lầ n c ậ n c ủ a S ,
c h ọ n lờ i g iả i t ố t n h ấ t S ’
C (S ’) < C ( S ) ?
Yes
No
S
= S’
S = S’
b e st
K ế t t h ú c g iả i t h u ậ t
In S b e st
Lờ i giả i bài toán
K h ở i t ọ a lờ i g iả i k h ả t h i b a n đ ầ u S
S b e st = S
Giả i thuậ t tìm kiế m Tabu
K h ở i t ạ o d a n h s á c h t a b u L , v ò n g lặ p t ố i
đa N , M = 0
• Danh sách Tabu
M < N
Yes
S0
S1
...
SL-1
SL
L ầ n lư ợ t d u y ệ t q u a t ấ t c ả c á c lờ i g iả i
lầ n c ậ n c ủ a S , c h ọ n lờ i g iả i t ố t n h ấ t S ’
k h ô n g n ằ m tro n g d a n h s á c h L
• Điều kiện dừng
S=S ’
C hèn S ’ vào danh sách L
M = M + 1
Sau M lần lặp không
có cải thiện lời giải
N o
C (S ’) < C ( S
b e s t)
?
Yes
S
= S ’
M = 0
b e st
K ế t t h ú c g iả i t h u ậ t
In S b e st
N o
Lờ i giả i bài toán
Giả i thuậ t mô phỏ ng luyệ n kim

Giải thuật mô phỏng luyện kim
L ờ i g iả i S
T 0 ,T f , T r , N
N k= 0 , T k= T
Lờ i giả i bài toán
Giả i thuậ t mô phỏ ng luyệ n kim
K h ở i t ọ a lờ i g iả i k h ả th i b a n đ ầ u S
S ố l ầ n m ô p h ỏ n g N s , T 0 , T f , T r ,N
N sk = 0 , S b e st = S
N
sk
< N
s
  C ( S ')  C ( S )
Lặp lại
N lần
Yes
T 0 = T 0 / (2 ^ N
T k = T0
S in h n g ẩ u n h iê n lờ i g iả i lâ n c ậ n S ’
của S

)  
Tk
  0 || e x p ( 
?
Yes
S = S ’
C (S ) < C ( S
sk
)
T h ự c h iệ n g iả i t h u ậ t S A t rê n S
V ớ i T 0 , T f, T r
S = S b e st
N sk = N sk + 1
b e s t)
Yes
S
b e st
= S
k
= T
k
N o
T
T
K ế t t h ú c g iả i t h u ậ t
In S b e st
0
k
* T
< T
b
f
K ế t t h ú c g iả i t h u ậ t
In S b e st
Lờ i giả i bài toán
Kĩ thuậ t phân cụ m (clustering)
C á c n h à m á y , t rạ m x ử lý , đ iể m
xuất phát cần phân cụm N
cụm
L ấ y N n h à m á y đ ầ u t iê n là m N đ iể m
tru n g tâ m c h o N c ụ m
L ầ n lư ợ t p h â n b ổ c á c n h à m á y v ề
c á c c ụ m c ó đ iể m tru n g tâ m g ầ n v ớ i
nhà m áy đó nhất
T í n h lạ i đ iể m t ru n g t â m t ạ i N c ụ m
N ế u c ó s ự t h a y đ ổ i đ iể m
tru n g tâ m ít n h ấ t 1 c ụ m
No
P h â n b ổ c á c trạ m x ử lý , đ iể m x u ấ t
p h á t v ề tấ t c ả c á c c ụ m
K ế t t h ú c g iả i th u ậ t
Yes
Lờ i giả i bài toán
Kĩ thuậ t phân cụ m (clustering)
Lờ i giả i bài toán
Các tiế n trên lộ trình riêng


Cải tiến lời giải trên từng lộ trình con
Cải tiến lời giải trên các lộ trình con của các lộ trình
chính
Lờ i giả i bài toán
Lờ i giả i tổ ng quát cho bài toán
• Problem => phân cụm => Giải trên từng cụm
=> Tổng hợp => Tối ưu => Chèn điểm đích
Kế t quả thự c nghiệ m
Có ràng buộc CTNH
Dữ liệu
102
277
335
444
804
Tổng
Time
0
4
10
5
44
63
K
4
17
15
8
12
56
Dist
394.16
1110.97
414.59
148.04
1339.58
3407.34
Move
1576.62
4443.86
1658.37
592.17
5358.33
13629.36
Wait
34.5
0
0
0
0
34.5
C-Init
795.21
2221.93
829.19
296.08
2679.17
6821.58
Time
0
2
5
3
28
38
K
5
18
15
8
13
59
Dist
437.64
1116.63
431.05
161.43
1609.69
3756.45
Move
1750.56
4466.52
1724.2
645.73
6438.77
15025.78
3000
Không ràng buộc
CTNH
Có ràng buộc CTNH
2500
2000
Không ràng buộc CTNH
Dữ liệu
102
277
335
444
804
Tổng
3500
1500
Wait
101.02
0
0
0
0
101.02
C-Init
895.48
2233.26
862.1
322.86
3219.39
7533.09
1000
500
0
102
277
335
444
804
Kế t quả thự c nghiệ m
Thử nghiệm với các cách chia cụm khác nhau
Số cụm
1
2
4
6
8
10
12
20
Time
25
9
8
7
3
3
2
3
K
13
13
14
14
15
17
18
23
Dist
1609.69
1469.58
1418.08
1363.4
1454.81
1442.59
1447.18
1624.5
Move
6438.77
5878.31
5672.31
5453.58
5819.24
5770.35
5788.71
6498
Wait
0
0
148.44
23.95
195.57
277.45
731.65
606.28
Cost
3219.39
2939.16
2865.84
2731.58
2948.73
2940.66
3040.69
3370.26
So sánh với phương pháp không chia cụm
3500
20
3000
18
2500
16
2000
Không phân cụm
Có phân cụm
1500
14
12
1000
Không phân cụm
Có phân cụm
10
500
8
0
102
277
355
444
804
6
4
Hàm chi phí
2
0
Số phương tiện
102
277
355
444
804
Kế t quả thự c nghiệ m
•
Giải thuật luyện kim qua các lần mô phỏng
2880
2860
2840
2820
2800
2780
2760
2740
2720
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Kế t quả thự c nghiệ m
•
Kết quả các giải thuật
1505
1501.24
1500
1495
1493.44
1492.99
1493.72
1490
1485
1480
1474.25
1475
1472.01
1470
1465
1460
1455
Chi phí trung bình
HC 2-Interchange
HC 3-Interchange
TABU 2-Interchange
TABU 3-Interchange
SA 2-Interchange
SA 3-Interchange
Kế t quả thự c nghiệ m
Tối ưu toàn cục trên các cụm để giảm tính cục bộ
Cơ chế sinh
lời giải cận Dữ liệu
102
277
2-Interchange335
444
804
Trung Bình
Time
49
30
30
65
65
68
143
126
136
105
96
100
372
391
347
K
5
5
5
17
17
17
15
15
15
10
10
10
15
15
15
C-Init
895.48
895.48
895.48
1936.79
1936.79
1936.79
789.09
789.09
789.09
303.07
303.07
303.07
2948.73
2948.73
2948.73
C-Imp
828.92
832.35
830.35
1892.31
1890.99
1896.66
723.97
725.33
715.47
299.77
299.08
299.87
2612.92
2644.12
2658.13
C-Final
858.05
861.48
860.5
2356.59
2355.27
2360.94
990.5
991.86
982.01
324.26
323.57
324.35
2692.83
2724.02
2738.04
141.53
12.4
1374.63
1276.68
1449.62
Chươ ng trình Demo
Hiển thị các điểm dừng
Hiển thị các lộ trình
Kế t luậ n
• Hiểu nhu cầu bài toán thu gom vận chuyển CTNH
• Hình thành dạng bài toán VRPTW mới, xây dựng mô
hình toán học
• Tìm hiểu các giải thuật tìm kiếm HC, TABU, SA cơ chế
sinh lời giải lân cận 2-Interchage, 3 -Interchange, hiện
thực áp dụng cho bài toán đề tài.Sử dụng
•
phương pháp chia cụm, tối ưu trên từng lộ trình riêng
để cải tiến lời giải
• Thể hiện kết quả thực nghiệm và đưa ra lựa chọn
• Hiện thực các giải thuật và chương trình demo đơn giản
• Đề ra hướng phát triển của đề tài
Hướ ng phát triể n củ a đề tài
• Nâng cao tính thực tế của đề tài
• Tìm hiểu sâu về mô hình toán học bằng cách kết hợp
các phương pháp chính xác và gần đúng
• Tìm hiểu các giải thuật sinh lời giải lân cận tối ưu hơn
• Tìm hiểu các giải thuật song song để rút ngắn thời gian
giải, đáp ứng cho các cấu trúc sinh lời giải lân cận ph ức
tạp
Tài liệ u tham khả o
Hỏ i và trả lờ i
THANK YOU!
Viettel Corp. Proprietary and Confidential.