[pt] A indústria de transporte marítimo é essencial para o comércio internacional. No entanto, no despertar da crise financeira de 2008, essa indústria foi severamente atingida. Nessas ocasiões, empresas de transporte só são capazes de obter lucro se suas frotas forem roteadas de forma eficaz. Neste trabalho, nós estudamos uma classe de problemas de roteamento de navios relacionados ao Pickup and Delivery Problem with Time Windows. Para resolver esses problemas, nós introduzimos um método heurístico e um exato. O método heurístico é uma meta-heurística híbrida com uma vizinhança larga baseada em set partitioning, enquanto o método exato é um algoritmo de branch-and-price. Nós conduzimos experimentos em um conjunto de instâncias baseadas em rotas de navios reais. Os resultados obtidos mostram que nossos algoritmos superam as metodologias estado da arte. Em seguida, nós adaptamos o conjunto de instâncias para modelar um problema de roteamento de navios no qual a velocidade em cada segmento de rota é uma variável de decisão, e o consumo de combustível por unidade de tempo é uma função convexa da velocidade e carga do navio. A fim de resolver esse novo problema de roteamento de navios com otimização de velocidade, nós estendemos nossa meta-heurística para encontrar decisões de velocidade ótimas em toda avaliação de solução vizinha de uma busca local. Nossos experimentos demonstram que essa abordagem pode ser altamente rentável, e que requer apenas um aumento moderado de recursos computacionais. / [en] The shipping industry is essential for international trade. However, in the wake of the 2008 financial crisis, this industry was severely hit. In these times, transportation companies can only obtain profit if their fleet is routed effectively. In this work, we study a class of ship routing problems related to the Pickup and Delivery Problem with Time Windows. To solve these problems, we introduce a heuristic and an exact method. The heuristic method is a hybrid metaheuristic with a set-partitioning-based large neighborhood, while the exact method is a branch-and-price algorithm. We conduct experiments on a benchmark suite based on real-life shipping segments. The results obtained show that our algorithms largely outperform the state-of-the-art methodologies. Next, we adapt the benchmark suite to model a ship routing problem where the speed on each sailing leg is a decision variable, and fuel consumption per time unit is a convex function of the ship speed and payload. To solve this new ship routing problem with speed optimization, we extend our metaheuristic to find optimal speed decisions on every local search move evaluation. Our computational experiments demonstrate that such approach can be highly profitable, with only a moderate increase in computational effort.

[pt] Serviços Médicos de Emergência (SME) proveem ajuda essencial a pessoas em situações de emergência, através de atendimento com primeiros socorros e transporte para unidades de saúde. Sistemas SME devem utilizar da melhor maneira possível seus recursos limitados de atendimento. Esse desafio já foi amplamente estudado por pesquisadores, na forma de problemas de roteamento de veículos, tanto estáticos quanto dinâmicos. No presente trabalho, estudamos um problema estático de roteamento de ambulâncias, cujo objetivo é minimizar o tempo ponderado de espera dos pacientes. O problema considera também o tempo acumulado de espera, restrições de compatibilidade de ambulâncias a serviços, seleção de pacientes, redirecionamento de ambulâncias e redistribuição de ambulâncias. Implementamos um algoritmo exato usando Branch and Price e uma formulação do problema como uma Partição de Conjuntos, usando código aberto. Estudamos os resultados obtidos com esse algoritmo e os comparamos com métodos heurísticos online estudados anteriormente. Para tal, utilizamos dados obtidos do SAMU da cidade do Rio de Janeiro. Os resultados possibilitam a avaliação do valor de informação perfeita nesse contexto e proveem resultados comparativos para embasar o futuro desenvolvimento de algoritmos online. / [en] Emergency Medical Service (EMS) systems provide life-saving support to people in emergency situations via first aid treatment and emergency transport to medical facilities. Such systems must strive to make the best use of their limited resources; they have thus been studied in the context of static and dynamic vehicle routing problems. In this work, we study a static ambulance routing problem aiming to minimize the weighted sum of patients waiting time while considering ambulance compatibility, patients priorities, ambulance redirection, and ambulance reassignment. We implement an exact Branch-andPrice algorithm over a Set Partitioning Formulation, study the results of this algorithm, and compare them to previously studied online heuristics using data from Rio de Janeiro s public SAMU system. The results obtained allow us to assess the value of perfect information in such systems, providing a comparative baseline for subsequent developments of online algorithms.

[pt] Uma generalização do problema de roteamento de veículos (VRP) presente em aplicações práticas em portos e operações em minas é o objeto desta dissertação. Nesta variante do VRP cada cliente pode demandar diferentes tipos de veículos para cumprir tarefas colaborativamente. Nesta atividade, os veículos podem aguardar o início da operação no local porém, devem iniciar as tarefas ao mesmo tempo. O objetivo é determinar as rotas dos veículos disponíveis de modo a maximizar a soma (ponderada) dos clientes atendidos enquanto a distância total percorrida é minimizada. O caso específico onde todos os clientes são atendidos e a distância total percorrida é minimizada determina o problema central estudado nessa dissertação. Este caso particular pode ser visto como uma generalização direta do, muito estudado e conhecido problema de roteamento, VRP com janelas de tempo (VRPTW) onde a capacidade dos veículos é suficientemente grande. Esta escolha de um problema mais restrito é justificada por permitir uma clara comparação de sua dificuldade através da sua relação com o VRPTW. A partir da classificação dos casos de sincronização em problemas de roteamento proposta por (DREXL, 2012), denominamos o problema aqui estudado de Problema de Roteamento de Veículos com Janelas de Tempo e Sincronização exata da Operação (VRPTWEOS). Neste trabalho damos uma definição formal ao VRPTWEOS. Modelos de programação inteira são propostos e analisados. Também apressentamos métodos de resolução baseados na decomposição Dantzig-Wolfe, dos quais são derivados algoritmos exatos e aproximados. Com o propósito de avaliar a eficiencia desses algoritmos, foi criado um grupo de instancias de teste baseado no benchmark do Solomon para o VRPTW. O método usado para criar o conjunto de instancias de teste é descrito em detalhe. Experimentos computacionais sobre este conjunto de instancias mostraram que o método de resolução proposto é promissor para a resolução do VRPTWEOS. / [en] This dissertation addresses a generalization of the vehicle routing problem (VRP) that arises in real life applications in ports and mine operations. In this VRP variant, each customer may demand different types of vehicles to perform a task collaboratively. Vehicles are allowed to wait at the locations but they must start operating at the same time. The objective is to route the available vehicles while maximizing the (weighted) sum of served customers and minimizing the total distance traveled. The specific case where all customers must be served while minimizing the total distance traveled is the central problem here studied. This special case can be viewed as a straightforward generalization of, a well known and more specific routing problem, the VRP with time windows (VRTPTW) where the capacity of the vehicles is sufficiently large. We support this narrower scope by stating that it allows a clear comparison of the problem hardness by its relation to the VRPTW. Sticking to the classification of synchronization in vehicle routing proposed by (DREXL, 2012) we named this problem as the Vehicle Routing Problem with Time Windows and Exact Operation Synchronization (VRPTWEOS). In this work, a formal definition for the VRPTWEOS is provided. Integer programming models for this problem are proposed and analyzed. Furthermore, we propose a solution method based on the Dantzig-Wolfe decomposition for which exact and aproximated resolution algorithms are described. In order to test the performance of those algorithms, a group of benchmark instances for the VRPTWEOS was created on top of the Solomon benchmark for the VRPTW. The method used to create the benchmark instances is described in detail. Computational experiments over the mentioned set of instances showed that the proposed solution approach is a promising alternative for solving the VRPTWEOS.