bài toán thu gom vận chuyển chất thải nguy hại
DESCRIPTION
Bài Toán Thu Gom Vận Chuyển Chất Thải Nguy Hại. Hv: Nguyễn Trường GVHD: Ts.Trần Văn Hoài 25-Jan-10. Nội 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. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Bài Toán Thu Gom Vận
Chuyển Chất Thải Nguy Hại
Hv: Nguyễn Trường
GVHD: Ts.Trần Văn
Hoài
25-Jan-10
Nội dung báo cáo
1. Giới thiệu đề tài
2. Các đề tài liên quan
3. Mô hình toán học
4. Lời giải bài toán
5. Kết quả thử nghiệm
6. Demo
7. Kết luận
8. Hỏi và trả lời
Giới thiệu đề tài (1/4)Hệ thống quản lý CTNH đang tồn tàiHệ thống quản lý CTNH đang tồn 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
Giới thiệu đề tài (2/4)Bài toán thu gom vận chuyển CTNHBài toán thu gom vận chuyển CTNH
Giới thiệu đề tài (3/4)Bài toán thu gom vận chuyển CTNHBài toán thu gom vận chuyển 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
Giới thiệu đề tài (4/4)Mục tiêu và giới hạn của đề tàiMục tiêu và giới hạn của 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, demo thể hiện kết quả nghiện cứu
• Đề ra hướng phát triển của đề tài
Nội dung báo cáo
1. Giới thiệu đề tài
2. Các đề tài liên quan
3. Mô hình toán học
4. Lời giải bài toán
5. Kết quả thử nghiệm
6. Demo
7. Kết luận
8. Hỏi và trả lời
Các đề tài liên quan (1/3)Giới thiệu bài toán VRPGiới thiệu 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)Giới thiệu bài toán VRPGiới thiệu bài toán VRP
VRPTW quan tâm trạm xử lí trung gian và loại CTNH
Các đề tài liên quan (3/3)
http://www.chatthainguyhai.net/index.asp?newsid=932&PageNum=1
A CompositeVery-Large-ScaleNeighborhood Search Algorithm for
the Vehicle Routing Problem
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) 3624-3642
http://neo.lcc.uma.es/radi-aeb/WebVRP/
https://projects.coin-or.org/FlopC
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
Nội dung báo cáo
Mô hình toán học của bài toán
G=(V,A)
0 : Điểm xuất phát, 1...N: Nhà máy, N+1,...,N+M: Trạm xử lý
Khung thời gian:
Thời gian phục vụ:
Nhu cầu thu gom:
Khoảng cách:
Thời gian:
Tập phương tiện: K
Các biến: , , ,
V ={0,1,. .. , N , N 1,. .. , N M }
[a i , b i]
si
d i
t ij
d ij
X i , j , k W i , kD i , k O i , k
Hàm mục tiêu
Các ràng buộc
1.
2.
3.
4.
5.
6.
min {1 ∑k∈K
∑ i , j ∈ A
t i , j∗X i , j , k2 ∑k∈K
∑ i , j∈ A
d i , j∗X i , j , k3 ∑k ∈K
∑i , j ∈A
W i , k−a i X i , j , k }
∑k ∈K
∑j=0
NM
X i , j , k=1∀ i∈1,2,3,. .. , N
∑i=0
NM
X i , j , k= ∑i=0
NM
X j , i , k ∀ k ∈ K , j∈0,1,. . , N M
Di , k≤C∀ k ∈ K , i∈1,2,3,. . , N , N M
Dm , k=0 ∀ k ∈ K , m∈0, N 1, N 2,. . , N M
Di , kd j – D j , k≤1 – X i , j , k BigM
∀ k ∈ K
i , j∈0,1,. .. , N , .. , N M
∑j=1
N
X 0, j , k≤1
Mô hình toán học của bài toán
,
W i ,ksit ij – W j , k≤1 – X i , j ,k BigM ∀ k ∈K ,i , j ∈A
ai ∑j=1
N M
X i , j , k≤W i , k≤bi ∑j=1
N M
X i , j ,k ∀ k ∈ K , i∈0,1,. . , N M
E≤W i ,k≤L ∀ k ∈ K , i∈0,1,. . , N M
∀ k ∈ K∑i=1
N M
∑j=1
NM
X i , j , k∗d i , j≤H
O 0, k=0 ∀ k ∈ K
Oi , k – O j , k1≤BigM∗1 – X i , j , k ∀ k ∈ K i , j∈1,. . , N , ... N M
Mô hình toán họcCác ràng buộcCác ràng buộc
∑k∈K
∑i=1
N M
X i , i , k=0
∑k∈K
∑j=N1
NM
X 0, j , k=0
∑k∈K
∑i=N 1
N M
∑j=N 1
NM
X i , j ,k=0
∑k∈K
∑i=1
N
X i ,0, k=0
X i , j , k∈0,1 ∀ k ∈K ,i , j ∈A
Di , k≥0 ∀ k ∈ K , i∈0,1,. .. , N M
Mô hình toán họcCác ràng buộcCác ràng buộc
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
Nội dung báo cáo
Lời giải bài toánCấu trúc lời giảiCấu trúc lời giải
Bài toán VRP Bài toán thu gom vận chuyển CTNH
Cấu trúc một lộ trình con bình thường
Cấu trúc lộ trình con cuối cùng
Điểm xuất phát/Trạm xử
lý
Nhà máy
…. Nhà máy
Nhà máy
Điểm xuất phát/Trạm xử lý
Điểm xuất phát/Trạm xử
lý
Nhà máy
…. Nhà máy
Trạm xử lý
Điểm xuất phát
Lời giải bài toánCấu trúc lời giảiCấu trúc lời giải
Lời giải bài toánXây dựng lời giải khả thi ban đầuXây dựng lời giải khả thi ban đầu
• Sử dụng giải thuật Solomo mở rộng
Để chèn các nhà máy vào lộ trình con
• Khởi tọa lộ trình con
[REF, nhà máy đầu tiên, DEPOT]
• Giá trị hàm F1 nhỏ nhất
Xây dựng lộ trình chính
REF = DEPOT
Khởi tạo lộ trình con thành công (REF) ?
Chèn các nhà máy vào lộ trình con theo giải thuật Solomo mở rộng
Chèn trạm xử lý vào lộ trình conREF = trạm xử lý
Chèn lộ trình con vào lộ trình chính
Kết thúc một lộ trình chính
Yes
No
F 1=1 l i− 2 t0i
C 1 i , u , j = 1 C 11 i , u , j 2 C 12 i , u , j ,1 2=1
C 11 i , u , j =d iud uj− d ij
C 12 i , u , j =b ju−b j
C 2= d 0u – C 1 i , u , j
Lời giải bài toánGiải thuật Solomo mở rộngGiải thuật Solomo mở rộng
Lộ trình con ban đầu[R EF , N H À M ÁY, D EPOT]
Lần lượ t duyệt qua danh sách nhà m áy chưa đượ c viếng thăm và các v ị trí trong lộ
trình con
K iểm tra ràng buộc khối lươ ng và m âu thuẩn C TN H
K iểm tra ràng buộc khung thờ i gian ?
Kết thúc danh sách nhà m áy chưa viếng thăm ?
Tính C 2( I,u, j) và chèn vào danh sách C 2
Yes
Yes
No
C hèn u * vào giữa hai nhà m áy (i*,u* ,j*)
C họn đượ c C 2 (i*,u* ,j*) có giá trị C 2 nhỏ nhất
No
Yes
Kết thúc lộ trình con
No
Yes
C ập nhật lộ trình con
No
C =1 C dist2 C move−time3 C wait− time
Lời giải bài toánGiải thuật chèn trạm xử lýGiải thuật chèn trạm xử lý
Lộ trình con cần chèn trạm xử lý ,C min = M ax _num ber
M = N U LL
Lần lượ t duyệt qua các trạm xử lý m i trong danh sách trạm xử lý
K iểm tra ràng buộc tổng khoảng cách di chuyển của lộ trình chính
K iểm tra ràng buộc khung thờ i gian
Kết thúc danh sách trạm xử lý ?
Yes
Yes
No
No
Tính chi phí C i của lộ trình con sau khi chèn m i
C i < C m in
M = m i ,C m in = C i
Yes
Yes
No
No
M = = N U LL
C hèn trạm xử lý M vào lộ trình con
Xóa nhà m áy cuối cùng ra khỏi lộ trình con
Yes
−Opt
− Interchagne
Lời giải bài toánCơ chế sinh lời giải lân cậnCơ chế sinh lời giải lân cận
Composite Cylic Exchange
Lời giải bài toánGiải thuật leo đồiGiải thuật leo đồi
Lờ i giải khả thi ban đầu S , S b e st = S
Lần lượ t duyệt qua tất cả các lờ i giải lần cận của S ,
chọn lờ i giải tốt nhất S ’
C (S ’) < C(S ) ?
S -Best = S ’S = S ’
Kết thúc giải thuậtIn Sbest
Yes
No
Lời giải bài toánGiải thuật tìm kiếm TabuGiải thuật tìm kiếm Tabu
Khở i tọa lờ i giải khả thi ban đầu SSb e st = S
Khở i tạo danh sách tabu L , vòng lặp tối đa N , M = 0
M < N
Lần lượ t duyệt qua tất cả các lờ i giải lần cận của S , chọn lờ i giải tốt nhất S ’
không nằm trong danh sách L
S= S ’C hèn S ’ vào danh sách L
M = M + 1
C(S ’ ) < C (Sbest ) ?
Sbest = S ’M = 0
No
Kết thúc giải thuậtIn Sbest
Giải thuật mô phỏng luyện kim
Lời giải bài toánGiải thuật mô phỏng luyện kimGiải thuật mô phỏng luyện kim
Lời giải bài toánGiải thuật mô phỏng luyện kimGiải thuật mô phỏng luyện kim
N sk < N s ?
Khở i tọa lờ i giải khả thi ban đầu SSố lần m ô phỏng N s ,T 0,T f,T r,N
Nsk = 0 , S b e st = S
T 0 = T0 / (2 ^N sk)Tk = T0
Kết thúc giải thuậtIn Sbest
No
Yes
Thực hiện giải thuật SA trên S Vớ i T0 ,T f,T r
S = SbestN sk = N sk + 1
Lời giải bài toánKĩ thuật phân cụm (clustering)Kĩ thuật phân cụm (clustering)
Lời giải bài toánKĩ thuật phân cụm (clustering)Kĩ thuật phân cụm (clustering)
C ác nhà m áy , trạm xử lý , điểm xuất phát cần phân cụm N
cụm
Lấy N nhà m áy đầu tiên làm N điểm trung tâm cho N cụm
Lần lượ t phân bổ các nhà m áy về các cụm có điểm trung tâm gần vớ i
nhà m áy đó nhất
T ính lại điểm trung tâm tại N cụm
N ếu có sự thay đổi điểm trung tâm ít nhất 1 cụm
Yes
Phân bổ các trạm xử lý , điểm xuất phát về tất cả các cụm
Kết thúc giải thuật
No
Cải tiến lời giải trên từng lộ trình con
Cải tiến lời giải trên các lộ trình con của các lộ trình chính
Lời giải bài toánCác tiến trên lộ trình riêngCác tiến trên lộ trình riêng
Có ràng buộc CTNH
Không ràng buộc CTNH
Dữ liệu Time K Dist Move Wait C-Init102 0 4 394.16 1576.62 34.5 795.21277 4 17 1110.97 4443.86 0 2221.93335 10 15 414.59 1658.37 0 829.19444 5 8 148.04 592.17 0 296.08804 44 12 1339.58 5358.33 0 2679.17Tổng 63 56 3407.34 13629.36 34.5 6821.58
Dữ liệu Time K Dist Move Wait C-Init102 0 5 437.64 1750.56 101.02 895.48277 2 18 1116.63 4466.52 0 2233.26335 5 15 431.05 1724.2 0 862.1444 3 8 161.43 645.73 0 322.86804 28 13 1609.69 6438.77 0 3219.39Tổng 38 59 3756.45 15025.78 101.02 7533.09
102 277 335 444 804
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
Không ràng buộc CTNH
Có ràng buộc CTNH
Kết quả thực nghiệm
Thử nghiệm với các cách chia cụm khác nhau
So sánh với phương pháp không chia cụm
Kết quả thực nghiệm
Số cụm Time K Dist Move Wait Cost1 25 13 1609.69 6438.77 0 3219.392 9 13 1469.58 5878.31 0 2939.164 8 14 1418.08 5672.31 148.44 2865.846 7 14 1363.4 5453.58 23.95 2731.588 3 15 1454.81 5819.24 195.57 2948.7310 3 17 1442.59 5770.35 277.45 2940.6612 2 18 1447.18 5788.71 731.65 3040.6920 3 23 1624.5 6498 606.28 3370.26
102 277 355 444 804
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
Không phân cụm
Có phân cụm
Hàm chi phí102 277 355 444 804
02468
101214161820
Không phân cụm
Có phân cụm
Số phương tiện
Kết quả thực nghiệm
• Giải thuật luyện kim qua các lần mô phỏng
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
2720
2740
2760
2780
2800
2820
2840
2860
2880
• Lời giải ban đầu => tìm kiếm + sinh lời giải lân cận => tìm kiếm + sinh lời giải lân cận trên các lộ trình riêng lẽ
Kết quả thực nghiệm
Chi phí trung bình
1455
1460
1465
1470
1475
1480
1485
1490
1495
1500
1505
1493.44 1492.99 1493.72
1501.24
1472.01
1474.25
HC 2-Interchange
HC 3-Interchange
TABU 2-Interchange
TABU 3-Interchange
SA 2-Interchange
SA 3-Interchange
Tối ưu toàn cục trên các cụm để giảm tính cục bộ
Kết quả thực nghiệm
Dữ liệu Time K C-Init C-Imp C-Final
2-Interchange
10249 5 895.48 828.92 858.0530 5 895.48 832.35 861.4830 5 895.48 830.35 860.5
27765 17 1936.79 1892.31 2356.5965 17 1936.79 1890.99 2355.2768 17 1936.79 1896.66 2360.94
335143 15 789.09 723.97 990.5126 15 789.09 725.33 991.86136 15 789.09 715.47 982.01
444105 10 303.07 299.77 324.2696 10 303.07 299.08 323.57100 10 303.07 299.87 324.35
804372 15 2948.73 2612.92 2692.83391 15 2948.73 2644.12 2724.02347 15 2948.73 2658.13 2738.04
Trung Bình 141.53 12.4 1374.63 1276.68 1449.62
Cơ chế sinh lời giải cận
Chương trình Demo
Hiển thị các điểm dừng Hiển thị các lộ trình
Kết luận• 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
Hướng phát triển của 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 phức tạp
Hỏi và trả lời
THANK YOU!
Viettel Corp. Proprietary and Confidential.