dc.contributor.advisor | Ortega Riejos, Francisco Alonso | es |
dc.creator | Piedra de la Cuadra, Ramón | es |
dc.date.accessioned | 2023-07-05T10:15:57Z | |
dc.date.available | 2023-07-05T10:15:57Z | |
dc.date.issued | 2023-05-15 | |
dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/11441/147734 | |
dc.description.abstract | This thesis has been developed during the competitive research projects aimed
at promoting the use of mathematical optimization models for decision-making
in complex contexts where there are often conflicting interests (such as those of
users, transportation companies, and administration), multiple constraints (due
to limited capacity, required availability of time windows to perform the offered
service, or distance limitations to ensure service coverage), and exogenous variables
(such as the user’s non-deterministic behavior in decision-making, traffic
congestion episodes during peak hours, and the possibility of using intermodality
in travels). Planning transportation within such complex contexts requires
innovative formulations, which may be initially based on those that have proven
effective and efficient in similar contexts, using both exact and heuristic models
(including metaheuristics and matheuristics).
Location and transportation problems share a common origin in mathematical
optimization, characterized by the use of variables of different nature (continuous,
integer, or binary) to construct compatible objective functions, preferably
with linear behavior. The versatility provided by the introduced decision variables
allows representing the characteristic constraints present in such optimization
models through algebraic manipulation. In addition to constraints, possible
strategies to be followed by the involved agents (individual users, administration,
or companies) can also be described through suitable algebraic expressions
of those variables.
A paradigmatic optimization model due to its versatility to adapt to a large
number of real contexts and its possibilities of extension (by adding new lines
of constraint for solution searching, incorporating complementary levels of optimality
and/or modifying the linearity of algebraic expressions) is the so-called
knapsack problem (KP). In most of the proposed solutions to the analyzed
problems in this thesis, the knapsack problems have been a useful tool for their
formulation. This is why the thesis references this combinatorial optimization
problem.
Regarding the real contexts analyzed from the perspective of mathematical optimization,
we must admit that the academic center where the Ph.D. student
has been trained (Department of Applied Mathematics of the Technical School
of Architecture at the University of Seville) has had an undeniable influence: The design of fast transit lines has been approached from a novel perspective
of acquiring a higher level of territorial cohesion, minimizing the need
for mobility due to forced displacements caused by territorial imbalances.
- The search for solutions for the effective location of waste containers and
the efficient deployment of selective collection routes has been complemented
by the additional consideration of solidarity behavior by the user
who, suitably motivated, could be willing to deposit their waste collection
demand at a point different from the nearest one.
- The planning of non-habitual waste collection services through itinerant
containers with multiple compartments (ecopoints) has been analyzed in
a separate chapter, where optimization models have been formulated for
different resolution strategies that have been compared in terms of efficiency.
- The deployment of electric charging stations based on the prior existence
of a network of conventional gas stations is another problem addressed in
this thesis, in which the perspective of the government administration has
been contributed as a novelty, which requires that the number of charging
points provide reinforced coverage to users who undertake a journey
throughout the territory, and the business interests, selecting the most
promising locations due to the flow of travel that passes through them.
- The restrictions on accessibility to current urban centers in private motor
vehicles have been dealt with in another chapter of the thesis, providing
a decision model for the optimal choice of a park-and-ride facility that
combines criteria of distance to destination, travel times subject to traffic
flow, possibility of using intermodality, and availability of free parking
spaces.
- Finally, the management of waiting time for users at transport network
nodes can generate interesting strategies for optimizing travel times, both
in global terms (reducing the number of intermediate stops to favor the
travel time of most passengers), and individual terms (waiting at a node for
the arc that provides the exit from the node to be passable in a significantly
shorter time).
This doctoral thesis begins with an initial chapter where key concepts are introduced
to understand the topic that is presented. This chapter 0 includes a brief
description of the contents of the three chapters that compose it, and concludes
by listing the main publications derived from such contents. | es |
dc.description.abstract | Esta tesis se ha elaborado durante el desarrollo de proyectos de investigaci´on
competitivos que tienen en com´un la promoci´on del uso de modelos matem´aticos
de optimizaci´on para la toma de decisiones en ´ambitos de gran complejidad
por la concurrencia de intereses diversos y, a menudo, contrapuestos (como los
de los usuarios, las empresas de transporte y la administraci´on), la existencia
de m´ultiples condicionantes (debidos a una capacidad limitada, la obligada
disponibilidad de ventanas temporales para poder realizar el servicio ofertado
o la limitaciones de distancia para garantizar la cobertura del servicio) y, por
´ultimo, la consideraci´on de variables ex´ogenas (como el comportamiento no determinista
del usuario en su toma de decisi´on, la ocurrencia de episodios de
congesti´on del tr´afico en horas punta, la posibilidad de utilizar intermodalidad
en los desplazamientos). Los problemas en la planificaci´on del transporte dentro
de estos ´ambitos de gran complejidad requieren de formulaciones novedosas,
si bien pueden estar basadas inicialmente (o al menos, inspiradas) en aquellas
que en contextos similares han demostrado eficacia y eficiencia, tanto desde la
perspectiva del uso de modelos exactos como la proporcionada por medio de los
heur´ısticos (incluyendo metaheur´ısticas y matheur´ısticas).
Los problemas de localizaci´on y los de transporte comparten en sus formulaciones
un origen com´un procedente del ´ambito de la optimizaci´on matem´atica,
caracterizado por el uso de variables de naturaleza diversa (continua, entera
o binaria) para construir funciones objetivo compatibles, preferentemente, con
un comportamiento lineal. La versatilidad que proporcionan las variables de
decisi´on introducidas permiten representar mediante manipulaci´on algebraica
las restricciones caracter´ısticas que est´an presentes en tales modelos de optimizaci
´on. Adem´as de las restricciones, es posible describir, tambi´en mediante
adecuadas expresiones algebraicas de dichas variables, las posibles estrategias
a seguir por parte de los agentes intervinientes (usuarios individuales, administraci
´on o empresas).
Un modelo de optimizaci´on paradigm´atico por su versatilidad en poderse adaptar
a un gran n´umero de contextos reales y por sus posibilidades de extensi´on
(a˜nadiendo nuevas l´ıneas de restricci´on para la b´usqueda de soluciones, incorporando
niveles complementarios de optimalidad y/o modificando la linealidad
de las expresiones algebraicas) es el denominado problema mochila (KP). En la mayor´ıa de las soluciones propuestas a los problemas analizados en esta tesis, los
problemas mochila han constituido una herramienta ´util para su formulaci´on.
Esta es la raz´on por la que en la memoria de tesis se hace referencia a dicho
problema de optimizaci´on combinatoria.
En cuanto a los contextos reales analizados desde la perspectiva de la optimizaci
´on matem´atica, hemos de admitir que el centro docente donde el doctorando
se ha formado (Departamento de Matem´atica Aplicada de la Escuela
T´ecnica Superior de Arquitectura de la Universidad de Sevilla) ha tenido una
innegable influencia:
- El dise˜no de l´ıneas de tr´ansito r´apido se ha planteado desde una novedosa
perspectiva consistente en adquirir un mayor nivel de cohesi´on territorial,
minimizando la necesidad de la movilidad debida a desplazamientos
obligados por la existencia de desequilibrios territoriales.
- La b´usqueda de soluciones para la localizaci´on efectiva de contenedores de
residuos y el despliegue eficiente de rutas de recogida de car´acter selectivo
se ha complementado con la consideraci´on adicional de un comportamiento
solidario por parte del usuario que, convenientemente motivado, podr´ıa
estar dispuesto a depositar su demanda de recogida de residuos en un
punto diferente al m´as cercano.
- La planificaci´on de servicios de recogida de residuos no habituales mediante
contenedores itinerantes de m´ultiples compartimentos (ecopuntos)
se ha analizado en un cap´ıtulo separado, donde se han formulado modelos
de optimizaci´on para diferentes estrategias de resoluci´on que han sido
comparadas en t´erminos de eficiencia.
- El despliegue de electrolineras basado en la previa existencia de una red de
gasolineras convencionales es otro de los problemas abordados en esta tesis
y en el que se ha aportado como novedad la concurrencia de la perspectiva
de la administraci´on gubernamental, que exige que el n´umero de puntos de
recarga el´ectrica proporcione una cobertura reforzada a los usuarios que
emprendan un viaje a lo largo del territorio, y los intereses empresariales,
seleccionando las localizaciones m´as prometedoras debido al flujo de viajes
que pasa por ellas.
- Las restricciones de accesibilidad a los actuales centros urbanos en veh´ıculos
motorizados de uso privado han sido tratadas en otro de los cap´ıtulos de
la tesis, aport´andose un modelo de decisi´on para la elecci´on ´optima de
una instalaci´on park-and-ride que combina criterios de distancia a destino,
tiempos de viaje sometidos a la fluidez del tr´afico, posibilidad de uso
de intermodalidad y disponibilidad de plazas libres de aparcamiento.
- Finalmente, la gesti´on del tiempo de espera de los usuarios en los nodos
de la red de transporte puede generar interesantes estrategias para la optimizaci
´on de tiempos de viaje, tanto en t´erminos globales (reduciendo el
n´umero de paradas intermedias para favorecer el tiempo de recorrido de la mayor´ıa de los pasajeros), como individuales (aguardando en un nodo
que el arco que proporcione la salida del nodo pueda ser transitable en un
tiempo sensiblemente menor).
Esta tesis doctoral comienza con un cap´ıtulo inicial donde se introducen conceptos
claves para entender la tem´atica que se expone. Dicho cap´ıtulo 0 incluye
una breve descripci´on de los contenidos de los tres cap´ıtulos que la componen,
y concluye enumerando las principales publicaciones derivadas de tales contenidos. | es |
dc.format | application/pdf | es |
dc.format.extent | 168 p. | es |
dc.language.iso | eng | es |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internacional | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | * |
dc.title | Knapsack models applied to the solution of complex problems in transport planning | es |
dc.type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis | es |
dc.type.version | info:eu-repo/semantics/publishedVersion | es |
dc.rights.accessRights | info:eu-repo/semantics/openAccess | es |
dc.contributor.affiliation | Universidad de Sevilla. Departamento de Matemática Aplicada I (ETSII) | es |