Vehicle routing problems : investigação e construção de um sistema de informação geográfica

Abstract

O problema de encaminhamento de veículos ou Vehicle Routing Problem (VRP), apesar de ser estudado há mais de 5 décadas, toma nos dias de hoje especial relevo devido à escalada de custos associados ao sector da logística, que acompanham a subida do preço dos combustíveis. Paralelamente a este fator surgem avanços tecnológicos baseados na Web que permitem a obtenção, representação e análise de dados georreferenciados e textuais em aplicações próprias. Esta dissertação propõe-se a combinar estudos relativos ao problema de encaminhamento de veículos com tecnologias informáticas de cartografia digital baseadas na Web, para chegar a uma ferramenta de apoio à decisão na referida área da logística. No presente documento apresentar-se-á inicialmente o resultado de uma investigação sobre os VRP, seus constituintes, objetivos genéricos e principais instâncias, avançando-se de seguida para um estudo sobre as formas de resolução dos mesmos. Nesse ponto serão apresentados algoritmos exatos, heurísticas, meta-heurísticas e aproximações multiobjectivos que são bibliograficamente propostas para resolver a problemática. Apresentar-se-á de seguida o desenvolvimento de um Sistema de Informação Geográfica (SIG) de apoio à decisão. Este permitirá ao decisor albergar informação textual sobre o seu VRP, sendo que a informação cartográfica será construída com base nas informações prestadas e em dados obtidos automaticamente em serviços Web da aplicação Google Maps. A ferramenta facultará ao utilizador propostas de solução para o problema utilizando duas heurísticas construtivas e um método de melhoria local. Em nome da flexibilidade do sistema também será possível ao decisor gerar as suas rotas sem os referidos automatismos. Para demonstrar as potencialidades do sistema apresentar-se-ão vários testes à aplicação desenvolvida. Acredita-se que a ferramenta em questão além de permitir a análise e compreensão detalhada das heurísticas utilizadas devido à representação gráfica dos resultados das mesmas, tem aplicabilidade em casos reais e potencial de crescimento e adaptação que lhe permitem ser a base de outras ferramentas construídas para casos específicos.

Despite being studied for more than 5 decades, the Vehicle Routing Problems (VRP) takes on special importance nowadays due to the escalating costs associated with logistics that come along with the rise of de fuel price. Alongside with this factor, there are technological advances emerging that enable Web-based retrieval, representation and analysis of spatial and textual data. The purpose of this dissertation is to combine an investigation about the problem of vehicle routing with computer technologies of Web-based digital mapping, to reach a decision support tool in that logistics area. In this document, the results of an investigation into the VRP will be presented, namely its components, objectives and generic instances, following up to a study about the methods to solve them. At this point will be studied exact algorithms, heuristics, meta-heuristics and multipurpose approximations that are bibliographically proposed to solve the problem. Subsequently will be presented the development of a Geographic Information System (GIS) for decision support where the decision maker may accommodate textual information about his VRP. The cartographic data will be built based on the information provided by the user and on data that will be automatically provided by Google Maps Web services. The application will provide to the user proposals for solving the problem using two constructive heuristics and a method of local improvement. On behalf of the flexibility of the system, it will also be possible to the decision maker to generate his own routes without the automation implicit on referred heuristics. To demonstrate the capabilities of the software, various tests will be presented. It is believed that the developed tool, in addition to offer detailed analysis and understanding of the heuristics used due to the graphical representation of the results, has applicability to real cases and potential of growth and adaptation that allow it to be the basis of other tools built for specific cases.