Two-echelon vehicle routing problems in city logistics : approaches based on exact methods of mathematical optimization - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2020

Two-echelon vehicle routing problems in city logistics : approaches based on exact methods of mathematical optimization

Problèmes de tournées de véhicules sur deux niveaux pour la logistique urbaine : approches basées sur les méthodes exactes de l'optimisation mathématique

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Abstract

The main focus of this thesis is to develop mathematical optimization based exact methods to solve vehicle routing problems in two-level distribution systems. In such a system, the first level involves trucks that ships goods from a distribution center to intermediate depots called satellites. The second level involves city freighters that are loaded with goods at satellites and deliver the customers. Each customer must be visited once. The two-echelon vehicle routing problem seeks to minimize the total transportation cost in such a distribution system. We first tackle the Two-Echelon Capacitated Vehicle Routing Problem. We introduce a new route based formulation, a new branching strategy, and new valid inequalities for the problem. Experiments reveal that our algorithm can solve all literature instances. Then, we tackle the Two-Echelon Vehicle Routing Problem with Time-Windows. We consider the variant with precedence constraints at the satellites: products should be delivered by an urban truck to a satellite before loading them to a city freighter. We introduce a route based formulation that involves an exponential number of constraints to ensure precedence relations. We also show how these constraints can be taken into account in the pricing problem of the column generation approach. Experiments show that our algorithm can solve to optimality instances with up to 100 customers. At last, we consider vehicle routing problems with knapsack-type constraints in the master problem. We present some families of valid inequalities. We use these inequalities to solve to optimality three problems: the Capacitated Vehicle Routing Problem with Capacitated Multiple Depots, the standard Location-Routing Problem, and the Vehicle Routing Problem with Time Windows and Shifts. These problems arise when routes at first level of the two-level distribution system are fixed. Our experiments reveal computational advantage of our algorithms over ones from the literature.
Cette thèse s’intéresse principalement au développement de méthodes d’optimisation mathématique exactes pour résoudre des problèmes de tournées de véhicules dans un réseau de distribution à deux niveaux. Dans un tel réseau, des camions circulent au premier niveau et transportent des marchandises d’un centre de distribution vers des dépôts intermédiaires appelés « satellites ». Au second niveau, des véhicules légers récupèrent les marchandises aux satellites puis livrent les clients. Chaque client doit être visité une seule fois. L’objectif du problème de tournées de véhicules sur deux niveaux est de minimiser le coût total de transport dans un tel réseau de distribution. Dans un premier temps, nous nous intéressons au « Two-Echelon Capacitated Vehicle Routing Problem ». Nous présentons une nouvelle formulation du problème basée sur des routes, une nouvelle stratégie de branchement et une nouvelle famille d’inégalités valides. Les expérimentations montrent que notre algorithme résout toutes les instances de la littérature. Ensuite, nous nous intéressons au « Two-Echelon Vehicle Routing Problem with Time Windows ». Ici, nous considérons une variante avec des contraintes de précédence aux satellites : un camion doit livrer les marchandises à un satellite avant qu’elles soient chargées dans un véhicule léger. Nous proposons une formulation basée sur les routes dont le nombre de contraintes de précédence croît exponentiellement en fonction du nombre de satellites. Nous montrons comment prendre en compte ces contraintes dans le problème de pricing de l’algorithme de génération de colonnes. Les expérimentations montrent que notre algorithme peut résoudre à l’optimalité des instances qui contiennent jusqu’à 100 clients. Enfin, nous nous intéressons à des problèmes de tournées de véhicules contenant des contraintes de type sac-à-dos. Nous présentons quelques familles d’inégalités valides. Ces familles sont utilisées pour résoudre les trois problèmes suivants: « Capacitated Vehicle Routing Problem with Capacitated Multiple Depots », « Location- Routing Problem » et « Vehicle Routing Problem with Time Windows and Shifts ». Ces problèmes apparaissent lorsque les routes au premier niveau du réseau de distribution à deux niveaux sont fixées. Nos expérimentations permettent de trouver de nouvelles solutions optimales.
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Dates and versions

tel-03052822 , version 1 (10-12-2020)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03052822 , version 1

Cite

Guillaume Marques. Two-echelon vehicle routing problems in city logistics : approaches based on exact methods of mathematical optimization. Operations Research [cs.RO]. Université de Bordeaux, 2020. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-03052822⟩
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