Heurísticas Busca Tabu para o problema de programação de tripulações de ônibus urbano

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Marinho, Euler Horta
Data de Publicação: 2008
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF)
Texto Completo: https://app.uff.br/riuff/handle/1/17835
Resumo: The Bus Driver Scheduling Problem (BDSP) attempts to setup work schedules for drivers and conductors, with the best possible utilization of resources. The solving of BDSP is a subject for great relevance. It is due to the fact that most of operational costs involved in the process have come from labor costs. The BDSP belongs to a class of combinatorial problems called staff scheduling or rostering. Such problems are difficult to solve, since a large number of labor and operational rules should be observed. Moreover, they belong to the class NP-Hard, since the Set Covering and Set Partitioning problems can be reduced to this type of problem. Thus, the exclusive use of exact methods is limited to solving models with a small number of different restrictions. For realistic models, with a large number of different restrictions. For realistic models, with a large number of different restrictions, one common approach is to use heuristic techniques. In this work a solution method, based on the Tabu Search metaheuristic, was proposed for solving the BDSP for a Brazilian company of public transport from Belo Horizonte city. Firstly, a strategy named BT-FI-IC was implemented and compared to an algorithm fro literature based on Variable Neighborhood Search method (VNS-RTL). The results had demonstrated the superiority of the BT-FI-IC strategy in relation to quality of the final solution and speed in producing good quality solutions. With the aim of compare the Tabu Search to a mathematical programming method, a complete column generation approach was implemented to solve the BDSP. For this, eleven artificially created instances, with smaller dimensions were created from the real problem. The BT-FI-IC method was improved with an Adaptive Relaxatiom mechanism (BTAR-FI-IC) and with a Path Relinking mechanism (BTPR-FI-IC). The solutions obtained through the three strategies were compared to the optimal solutions and also to the best known solution for the real problem. The BTAR-FI-IC method was the most efficient one, showing robustness and ability to produce good solutions quickly.
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Moreover, they belong to the class NP-Hard, since the Set Covering and Set Partitioning problems can be reduced to this type of problem. Thus, the exclusive use of exact methods is limited to solving models with a small number of different restrictions. For realistic models, with a large number of different restrictions. For realistic models, with a large number of different restrictions, one common approach is to use heuristic techniques. In this work a solution method, based on the Tabu Search metaheuristic, was proposed for solving the BDSP for a Brazilian company of public transport from Belo Horizonte city. Firstly, a strategy named BT-FI-IC was implemented and compared to an algorithm fro literature based on Variable Neighborhood Search method (VNS-RTL). The results had demonstrated the superiority of the BT-FI-IC strategy in relation to quality of the final solution and speed in producing good quality solutions. With the aim of compare the Tabu Search to a mathematical programming method, a complete column generation approach was implemented to solve the BDSP. For this, eleven artificially created instances, with smaller dimensions were created from the real problem. The BT-FI-IC method was improved with an Adaptive Relaxatiom mechanism (BTAR-FI-IC) and with a Path Relinking mechanism (BTPR-FI-IC). The solutions obtained through the three strategies were compared to the optimal solutions and also to the best known solution for the real problem. The BTAR-FI-IC method was the most efficient one, showing robustness and ability to produce good solutions quickly.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorO problema de Programação de Tripulações de ônibus urbano (PPT) trata da geração de escalas de trabalho de motoristas e colaboradores. Neste, as viagens programadas para a empresa devem ser atribuídas às tripulações com o menor custo possível. A resolução do PPT é de grande importância, uma vez que nos gastos totais de uma empresa a mão-de-obra operacional representa um dos maiores custos. O PPT pertence a uma classe de problemas combinatoriais chamada programação de pessoal (staff scheduling ou rostering). Tais problemas são de difícil resolução, uma vez que apresentam um grande número de restrições operacionais e trabalhistas. Além disso, pertencem à classe de problemas NP-difíceis, uma vez que o problema de particionamento de conjuntos (Set Partitioning Problem) e o problema de recobrimento de conjuntos (Set Covering Problem) podem ser reduzidos a esse tipo de problema. Sendo assim, o uso exclusivo de métodos exatos limita-se a resolver problemas de pequenas dimensões. Para problemas de dimensões maiores, a abordagem mais comum é através de heurísticas. Neste trabalho foi proposta a aplicação de metaheurística Busca Tabu ao PPT de uma empresa de transporte público do município de Belo Horizonte-MG. Primeiramente desenvolveu-se uma versão denominada BT-FI-IC, a qual foi comparada com um algoritmo da literatura baseado no Método de Pesquisa em Vizinhança Variável (VNS-RTL). Os resultados obtidos demonstraram a superioridade desta versão, tanto em relação à qualidade de solução final, quanto em relação à sua rapidez na produção de soluções de boa qualidade. Com o propósito de comparar a Busca Tabu com um método exato foi utilizado um método de geração completa de colunas para a resolução do PPT. Para tal, foram criadas 11 instâncias a partir de uma instância fornecida pela empresa. O método BT-FI-IC foi então aprimorado com um mecanismo de relaxação adaptativa (BTAR-FI-IC) e com um mecanismo de reconexão por caminhos (BTPR-FI-IC). As soluções obtidas pelas três versões de Busca Tabu foram então comparadas às soluções ótimas e à melhor solução conhecida para a instância da empresa. O método BTAR-FI-IC apresentou-se como o mais eficiente na abordagem do problema, mostrando-se robusto e capaz de produzir rapidamente soluções de qualidade.Programa de Pós-Graduação em ComputaçãoComputaçãoOchi, Luiz SatoruCPF:31609080822http://lattes.cnpq.br/9171815778534257Souza, Marcone Jamilson FreitasCPF:32723547604http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4793954E6Drummond, Lúcia Maria de AssumpçãoCPF:30672008422http://lattes.cnpq.br/9314029648579658Barboza, Eduardo UchoaCPF:85462487922http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4721785E2Protti, FábioCPF:28907060422http://lattes.cnpq.br/5898801580033554Marinho, Euler Horta2021-03-10T20:42:52Z2008-03-122021-03-10T20:42:52Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://app.uff.br/riuff/handle/1/17835porCC-BY-SAinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF)instname:Universidade Federal Fluminense (UFF)instacron:UFF2021-03-10T20:42:52Zoai:app.uff.br:1/17835Repositório InstitucionalPUBhttps://app.uff.br/oai/requestriuff@id.uff.bropendoar:21202021-03-10T20:42:52Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF) - Universidade Federal Fluminense (UFF)false
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description The Bus Driver Scheduling Problem (BDSP) attempts to setup work schedules for drivers and conductors, with the best possible utilization of resources. The solving of BDSP is a subject for great relevance. It is due to the fact that most of operational costs involved in the process have come from labor costs. The BDSP belongs to a class of combinatorial problems called staff scheduling or rostering. Such problems are difficult to solve, since a large number of labor and operational rules should be observed. Moreover, they belong to the class NP-Hard, since the Set Covering and Set Partitioning problems can be reduced to this type of problem. Thus, the exclusive use of exact methods is limited to solving models with a small number of different restrictions. For realistic models, with a large number of different restrictions. For realistic models, with a large number of different restrictions, one common approach is to use heuristic techniques. In this work a solution method, based on the Tabu Search metaheuristic, was proposed for solving the BDSP for a Brazilian company of public transport from Belo Horizonte city. Firstly, a strategy named BT-FI-IC was implemented and compared to an algorithm fro literature based on Variable Neighborhood Search method (VNS-RTL). The results had demonstrated the superiority of the BT-FI-IC strategy in relation to quality of the final solution and speed in producing good quality solutions. With the aim of compare the Tabu Search to a mathematical programming method, a complete column generation approach was implemented to solve the BDSP. For this, eleven artificially created instances, with smaller dimensions were created from the real problem. The BT-FI-IC method was improved with an Adaptive Relaxatiom mechanism (BTAR-FI-IC) and with a Path Relinking mechanism (BTPR-FI-IC). The solutions obtained through the three strategies were compared to the optimal solutions and also to the best known solution for the real problem. The BTAR-FI-IC method was the most efficient one, showing robustness and ability to produce good solutions quickly.
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