O transporte de contêineres é um serviço essencial no transporte global, apresentando uma rápida taxa de crescimento na sua utilização quando comparado com outros modos de transporte convencionais. Nesse contexto, o problema de roteirização de cargas de contêineres e o problema de reposicionamento de contêineres vazios são altamente correlacionados, sugerindo a necessidade de uma formulação conjunta adaptada para otimizar o sistema. Esta tese apresenta uma nova sistemática para seleção de cargas, alocação de cargas e reposicionamento de contêineres vazios em apoio às decisões operacionais no gerenciamento do transporte de contêineres por companhia de transporte regular em modal marítimo. O modelo proposto possibilita selecionar cargas e decidir por alternativas de rotas, além de reposicionar os contêineres vazios. O modelo integrado visa maximizar a margem de contribuição no transporte de contêineres para uma demanda fixa de múltiplos tipos de contêineres por uma rede de transporte em um horizonte de tempo particular, como uma rede espaço-tempo em um modelo de rede de fluxo máximo com restrições adicionais de alocação de requisições de cargas em caminhos nas rotas conhecidas. Foram criadas instâncias consistentes com a realidade considerando diferentes demandas fixas e estoques de contêineres. Os resultados mostram a flexibilidade e aplicabilidade do modelo para solucionar este problema de decisão complexo. / Container shipping is an essential service in global trade, presenting a fast-growing rate of utilization when compared to other conventional shipping modes. In this context, the cargo container routeing and empty repositioning container problems considering maritime liner companies are highly related, suggesting the need for a joint formulation tailored to optimize the system. This Thesis proposes a novel approach for cargoes acceptance in routes and empty container repositioning in support to decisions in the container transporting management by liner shipping companies in maritime transport modal. The proposed model decides by cargo acceptance or rejection to transport in known routes, in addition to reposition the empty containers. The integrated model maximises the contribution margin for fixed demand of multiples types of containers by a transport network in a particular season as a space-time network based on a max-flow network model with additional constraints of cargoes requisitions allocation in fixed route paths. We defined instances consistent with reality considering different fixed demands and inventory of containers. The results show the flexibility and applicability of this model to solve this complex decision problem.

O transporte de contêineres é um serviço essencial no transporte global, apresentando uma rápida taxa de crescimento na sua utilização quando comparado com outros modos de transporte convencionais. Nesse contexto, o problema de roteirização de cargas de contêineres e o problema de reposicionamento de contêineres vazios são altamente correlacionados, sugerindo a necessidade de uma formulação conjunta adaptada para otimizar o sistema. Esta tese apresenta uma nova sistemática para seleção de cargas, alocação de cargas e reposicionamento de contêineres vazios em apoio às decisões operacionais no gerenciamento do transporte de contêineres por companhia de transporte regular em modal marítimo. O modelo proposto possibilita selecionar cargas e decidir por alternativas de rotas, além de reposicionar os contêineres vazios. O modelo integrado visa maximizar a margem de contribuição no transporte de contêineres para uma demanda fixa de múltiplos tipos de contêineres por uma rede de transporte em um horizonte de tempo particular, como uma rede espaço-tempo em um modelo de rede de fluxo máximo com restrições adicionais de alocação de requisições de cargas em caminhos nas rotas conhecidas. Foram criadas instâncias consistentes com a realidade considerando diferentes demandas fixas e estoques de contêineres. Os resultados mostram a flexibilidade e aplicabilidade do modelo para solucionar este problema de decisão complexo. / Container shipping is an essential service in global trade, presenting a fast-growing rate of utilization when compared to other conventional shipping modes. In this context, the cargo container routeing and empty repositioning container problems considering maritime liner companies are highly related, suggesting the need for a joint formulation tailored to optimize the system. This Thesis proposes a novel approach for cargoes acceptance in routes and empty container repositioning in support to decisions in the container transporting management by liner shipping companies in maritime transport modal. The proposed model decides by cargo acceptance or rejection to transport in known routes, in addition to reposition the empty containers. The integrated model maximises the contribution margin for fixed demand of multiples types of containers by a transport network in a particular season as a space-time network based on a max-flow network model with additional constraints of cargoes requisitions allocation in fixed route paths. We defined instances consistent with reality considering different fixed demands and inventory of containers. The results show the flexibility and applicability of this model to solve this complex decision problem.

abstract: Given that more and more planned special events are hosted in urban areas, during which travel demand is considerably higher than usual, it is one of the most effective strategies opening public rapid transit lines and building park-and-ride facilities to allow visitors to park their cars and take buses to the event sites. In the meantime, special event workforce often needs to make balances among the limitations of construction budget, land use and targeted travel time budgets for visitors. As such, optimizing the park-and-ride locations and capacities is critical in this process of transportation management during planned special event. It is also known as park-and-ride facility design problem. This thesis formulates and solves the park-and-ride facility design problem for special events based on space-time network models. The general network design process with park-and-ride facilities location design is first elaborated and then mathematical programming formulation is established for special events. Meanwhile with the purpose of relax some certain hard constraints in this problem, a transformed network model which the hard park-and-ride constraints are pre-built into the new network is constructed and solved with the similar solution algorithm. In doing so, the number of hard constraints and level of complexity of the studied problem can be considerable reduced in some cases. Through two case studies, it is proven that the proposed formulation and solution algorithms can provide effective decision supports in selecting the locations and capabilities of park-and-ride facilities for special events. / Dissertation/Thesis / Masters Thesis Civil and Environmental Engineering 2016

O transporte de contêineres é um serviço essencial no transporte global, apresentando uma rápida taxa de crescimento na sua utilização quando comparado com outros modos de transporte convencionais. Nesse contexto, o problema de roteirização de cargas de contêineres e o problema de reposicionamento de contêineres vazios são altamente correlacionados, sugerindo a necessidade de uma formulação conjunta adaptada para otimizar o sistema. Esta tese apresenta uma nova sistemática para seleção de cargas, alocação de cargas e reposicionamento de contêineres vazios em apoio às decisões operacionais no gerenciamento do transporte de contêineres por companhia de transporte regular em modal marítimo. O modelo proposto possibilita selecionar cargas e decidir por alternativas de rotas, além de reposicionar os contêineres vazios. O modelo integrado visa maximizar a margem de contribuição no transporte de contêineres para uma demanda fixa de múltiplos tipos de contêineres por uma rede de transporte em um horizonte de tempo particular, como uma rede espaço-tempo em um modelo de rede de fluxo máximo com restrições adicionais de alocação de requisições de cargas em caminhos nas rotas conhecidas. Foram criadas instâncias consistentes com a realidade considerando diferentes demandas fixas e estoques de contêineres. Os resultados mostram a flexibilidade e aplicabilidade do modelo para solucionar este problema de decisão complexo. / Container shipping is an essential service in global trade, presenting a fast-growing rate of utilization when compared to other conventional shipping modes. In this context, the cargo container routeing and empty repositioning container problems considering maritime liner companies are highly related, suggesting the need for a joint formulation tailored to optimize the system. This Thesis proposes a novel approach for cargoes acceptance in routes and empty container repositioning in support to decisions in the container transporting management by liner shipping companies in maritime transport modal. The proposed model decides by cargo acceptance or rejection to transport in known routes, in addition to reposition the empty containers. The integrated model maximises the contribution margin for fixed demand of multiples types of containers by a transport network in a particular season as a space-time network based on a max-flow network model with additional constraints of cargoes requisitions allocation in fixed route paths. We defined instances consistent with reality considering different fixed demands and inventory of containers. The results show the flexibility and applicability of this model to solve this complex decision problem.

Traditional network design problems only consider the long-term stationary travel patterns (e.g., fixed OD demand) and short-term variations of human mobility are ignored. This study aims to integrate human mobility characteristics and travel patterns into network design problems using a space-time network structure. Emerging technologies such as location-based social network platforms provide a unique opportunity for understanding human mobility patterns that can lead to advanced modeling techniques. To reach our goal, at first multimodal network design problems are investigated by considering safety and flow interactions between different modes of transport. We develop a network reconstruction method to expand a single-modal transportation network to a multi-modal network where flow interactions between different modes can be quantified. Then, in our second task, we investigate the trajectory of moving objects to see how they can reveal detailed information about human travel characteristics and presence probability with high-resolution detail. A time geography-based methodology is proposed to not only estimate an individual’s space-time trajectory based on his/her limited space-time sample points but also to quantify the accuracy of this estimation in a robust manner. A series of measures including activity bandwidth and normalized activity bandwidth are proposed to quantify the accuracy of trajectory estimation, and cutoff points are suggested for screening data records for mobility analysis. Finally, a space-time network-based modeling framework is proposed to integrate human mobility into network design problems. We construct a probabilistic network structure to quantify human’s presence probability at different locations and time. Then, a Mixed Integer Nonlinear Programming (MINLP) model is proposed to maximize the spatial and temporal coverage of individual targets. To achieve near optimal solutions for large-scale problems, greedy heuristic, Lagrangian relaxation and simulated annealing algorithms are implemented to solve the problem. The proposed algorithms are implemented on hypothetical and real world numerical examples to demonstrate the performance and effectiveness of the methodology on different network sizes and promising results have been obtained.

O presente trabalho trata do problema da programação de entrega de concreto produzido em centrais dosadoras. Tal programação engloba as decisões de qual central deverá atender cada cliente e em qual horário cada veículo de entrega deverá ser carregado nessa central, de forma a maximizar a receita marginal total do sistema. São consideradas restrições de capacidade de carregamento de veículos por central, disponibilidade da frota, e garantia de atendimento de todos os pedidos de cada cliente por uma única central. A fim de resolver esse problema de forma eficiente, é proposto um modelo de programação matemática baseado em uma rede espaço-tempo, o qual foi implementado em ambiente de planilha eletrônica, como parte de um sistema de apoio à decisão. O sistema conta com uma interface amigável para o usuário, desenvolvida em linguagem VBA, que apresenta facilidade de preenchimento dos dados de entrada e compreensão dos resultados fornecidos, mesmo por aqueles sem conhecimento em pesquisa operacional. A aplicação do modelo proposto para a resolução de problemas com dados reais confirma que o modelo funciona corretamente, considera as restrições e gera rapidamente a solução ótima. Sendo assim, a ferramenta desenvolvida mostra-se bastante útil para as operações de programação de uma empresa concreteira que opera diversas centrais dosadoras de concreto. / This paper addresses the problem of scheduling concrete delivery produced in concrete batch plants. Such scheduling comprises the decisions of which center should serve each customer and what time each delivery vehicle should be loaded, so as to maximize the total marginal revenue of the system. Vehicle loading capacity constraints per center, fleet availability and the assurance that all orders will be fulfilled by a single concrete center are considered. In order to solve this problem efficiently, we propose a mathematical programming model based on a time-space network, implemented in a spreadsheet environment, as part of a decision support system. The system features a user-friendly interface, developed in VBA, which makes it easy to enter data and understand the results provided, even by those without knowledge in operational research. The implementation of the proposed model to solve problems with real data confirms that the model works properly, taking into consideration the constraints and quickly generating the optimal solution. Thus, the developed tool appears to be very useful for scheduling operations of a company which operates several concrete batch plants.

O presente trabalho trata do problema da programação de entrega de concreto produzido em centrais dosadoras. Tal programação engloba as decisões de qual central deverá atender cada cliente e em qual horário cada veículo de entrega deverá ser carregado nessa central, de forma a maximizar a receita marginal total do sistema. São consideradas restrições de capacidade de carregamento de veículos por central, disponibilidade da frota, e garantia de atendimento de todos os pedidos de cada cliente por uma única central. A fim de resolver esse problema de forma eficiente, é proposto um modelo de programação matemática baseado em uma rede espaço-tempo, o qual foi implementado em ambiente de planilha eletrônica, como parte de um sistema de apoio à decisão. O sistema conta com uma interface amigável para o usuário, desenvolvida em linguagem VBA, que apresenta facilidade de preenchimento dos dados de entrada e compreensão dos resultados fornecidos, mesmo por aqueles sem conhecimento em pesquisa operacional. A aplicação do modelo proposto para a resolução de problemas com dados reais confirma que o modelo funciona corretamente, considera as restrições e gera rapidamente a solução ótima. Sendo assim, a ferramenta desenvolvida mostra-se bastante útil para as operações de programação de uma empresa concreteira que opera diversas centrais dosadoras de concreto. / This paper addresses the problem of scheduling concrete delivery produced in concrete batch plants. Such scheduling comprises the decisions of which center should serve each customer and what time each delivery vehicle should be loaded, so as to maximize the total marginal revenue of the system. Vehicle loading capacity constraints per center, fleet availability and the assurance that all orders will be fulfilled by a single concrete center are considered. In order to solve this problem efficiently, we propose a mathematical programming model based on a time-space network, implemented in a spreadsheet environment, as part of a decision support system. The system features a user-friendly interface, developed in VBA, which makes it easy to enter data and understand the results provided, even by those without knowledge in operational research. The implementation of the proposed model to solve problems with real data confirms that the model works properly, taking into consideration the constraints and quickly generating the optimal solution. Thus, the developed tool appears to be very useful for scheduling operations of a company which operates several concrete batch plants.