Scheduling Evacuation Operations: models and algorithms
Étude et résolution de problèmes d'ordonnancement d'opérations d'évacuation
Résumé
The work presented in this thesis, which is a part of the Franco-German project
DSS_Evac_Logistic, aims at proposing methods to calculate macroscopic evacuation plans
for mid-size towns after a tremendous disaster. Two evacuation problems have been tackled
in this thesis : the bus evacuation problem and bus-and-vehicle evacuation problem.
The bus evacuation problem aims at calculating an evacuation plan to relocate evacuees
outside the endangered area. In this thesis, we consider three versions of the bus evacuation
problem. The first one is a monocriterion problem, where the objective is to minimize the
maximum evacuation time. In order to guarantee the safety of evacuees, we have considered
a bicriteria problem, which is a generalization of the monocriterion version, in which we
take into consideration the risk exposure of the evacuees. Consequently, the bicriteria
problem is solved by minimizing the total evacuation time and the risk. The third version
is a bicriteria robust version because most of the planning data is subject to uncertainty.
The goal is to minimize both the evacuation time and the vulnerability of the schedule
that is subject to different evacuation circumstances. To solve all the versions of the bus
evacuation problem, we have developed exact solutions based on mathematical formulation
to address small instances and heuristic solutions to deal with larger instances.
The second evacuation problem studied in this thesis is a multi-criteria problem, which
aims at defining the departure time, the route and the shelters for each group of people.
Specifically, we would like to determine a set of appropriate shelters for hosting people
while minimizing the total evacuation time and the risk exposure of the evacuees. For this
purpose, a mathematical formulation has been proposed to deal with small instances. For
larger instances, evolutionary methods and methods based on multi-objectives shortest
path searches have been developed.
For validation and experiments, all the proposed methods have been tested using random
instances and real instances of Kaiserslautern city in Germany and Nice city in France.
The choice of these towns is imposed by the project in which this thesis takes place
Les travaux présentés dans cette thèse, qui s’inscrivent dans le cadre du projet franco-allemand
DSS_Evac_Logistic, visent à proposer des méthodes permettant de calculer
des plans d’évacuation macroscopiques d’une ville lors d’une catastrophe majeure. Deux
problèmes d’évacuations sont considérés dans cette thèse : le problème d’évacuation par
bus et le problème d’évacuation par bus et voitures.
Le problème d’évacuation par bus a pour objectif de définir un plan d’évacuation afin de
mettre à l’abri les évacués. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à l’étude de trois
versions du problème d’évacuation par bus. La première version est monocritère où nous
cherchons à minimiser la date de fin d’évacuation. Puis, dans le second problème et afin
d’assurer la sécurité des évacués, nous avons considéré une version bicritère qui généralise
le cas monocritère, en incluant le risque encouru lors de l’évacuation des personnes. Les
deux critères à minimiser sont la date de fin d’évacuation et le risque. La troisième version
est une version robuste bicritère qui permet d’appréhender l’incertitude sur les données. Le
but est de minimiser à la fois la date de fin d’évacuation et les modifications apportées sur
une solution, de sorte qu’elle soit réalisable pour n’importe quel scénario de données. Pour
résoudre ces problèmes d’évacuation par bus, nous avons proposé des méthodes exactes et
des méthodes heuristiques.
Le second problème d’évacuation considéré par bus et voitures est multicritère. Il a
pour but de définir pour chaque groupe de personnes, sa date de début d’évacuation,
le centre de secours de rattachement, et le chemin menant à ce centre de secours. Nous
cherchons à déterminer les centres de secours à ouvrir afin de minimiser la date de fin
d’évacuation et l’exposition aux risques. Un modèle mathématique est proposé pour la
résolution exacte des instances de petite taille de ce problème. Pour résoudre des instances
de grande taille, des méthodes évolutionnaires et des méthodes basées sur le calcul de
chemins multiobjectifs sont développées.
Dans cette thèse, toutes les méthodes proposées sont testées et validées sur des instances
aléatoires et des instances réelles de la ville de Kaiserslautern du coté allemand et de la
ville de Nice du coté français. Ce choix des villes a été imposé par le projet sur lequel
s’inscrit cette thèse.
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