Selective routing problems in humanitarian operations
İnsani yardım operasyonlarında seçici rotalama problemleri
- Tez No: 991321
- Danışmanlar: PROF. DR. BAHAR YETİŞ KARA, DOÇ. DR. OKAN ARSLAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği, Industrial and Industrial Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tezde, afet müdahalesinde talep sıklığının kritik rolünü inceliyoruz. Talebi tek seferlik, sürekli ve periyodik olacak sekilde üç türe ayırıyoruz. Her talep türü için matematiksel formülasyonlar öneriyoruz ve gerçek hayat senaryolarına yakın talep fonksiyonlarını bu modellere entegre ediyoruz. İlk olarak, bir afet sonrası acil ve tekrarlanmayan ihtiyaçlarla karakterize edilen tek seferlik talebi ele alıyoruz. Bu talep türü için, talebin zamanla kademeli olarak azalmasını modellediğimiz bir talep fonksiyonunu içeren üç adet tamsayılı programlama modeli geliştiriyoruz. Modelleri, gerçek hayat veri setleri üzerinde büyük ölçekli problemler için çözüm süresi ve optimalite açığı kriterleriyle karşılaştırıyoruz. Kapsamlı deneyler sonucunda, en iyi performans gösteren modelin, özellikle büyük ölçekli örneklerde daha düşük optimalite açıklarıyla optimal veya optimale yakın çözümlere daha hızlı ulaştığını gözlemliyoruz. Sonuçlara göre talep zamanla azaldıkça, mobil hizmet birimlerinin daha fazla talebi etkili bir şekilde karşılamak için farklı konumlarda talebin zamansal kapsamını benimsemesi gerektiğini ortaya koyuyor. Dinamik olarak değişen bir afet ortamında, mobil hizmet birimleri için daha çevik konuşlandırma stratejileri benimsememiz gerektiğini gözlemliyoruz. İkinci olarak, kritik ve devam eden hizmet gereksinimlerini temsil etmek için sürekli talebi ele alıyoruz. Farklı türde mobil hizmet birimleri (yüksek kapasiteli, orta kapasiteli ve düşük kapasiteli) dikkate alıyoruz. Mobil hizmet birimlerinin optimal yerleşimini ve talep noktalarının bu birimlere tahsisini belirleyen bir matematiksel formülasyon sunuyoruz. Ayrıca, kapsama nedeniyle azalan talebi hesaba katan bir talep fonksiyonunu entegre ediyoruz. Talebin karşılanma biçimini tanımlamak için ikili kapsama ve kademeli kapsama olmak üzere iki kavramı inceliyoruz. İkili kapsamada, bir talep noktası bir mobil hizmet biriminin erişim yarıçapı içindeyse, talep tamamen karşılanır. Öte yandan, kademeli kapsamada ise, mesafeye göre azalan talep varsaydığı için karşılanan toplam talep önemli ölçüde düşer. Elde ettiğimiz sonuçlara göre, modelimiz uzaklığa bağlı azalan talebin etkisini azaltmak için mobil hizmet birimlerini talep yoğunluğu yüksek bölgelere daha yakın konumlandırmayı önceliklendirdiğini gözlemliyoruz. Son olarak, belirli zaman aralıklarında tekrarlayan hizmet ihtiyaçlarını temsil etmek için periyodik talebi ele alıyoruz. Bu talep türü için dört matematiksel formülasyon sunuyoruz: kompakt 5-indeksli, 4-indeksli modeller ve iki 3-indeksli kompakt olmayan model. Son iki modeli, Benders-tipi projeksiyon yöntemiyle türetiyor ve geçerli eşitsizliklerle güçlendirilmiş bir dal-kesme algoritması kullanılarak çözüyoruz. Ayrıştırma dostu formülasyonlar teorik olarak avantajlı olsa da, önemli hesaplama yükü getiriyorlar. Parametreler üzerinde duyarlılık analizi yapıyor ve en etkili parametreyi belirliyoruz. Ayrıca, doğrusal, üstel, sigmoid, kuadratik, logaritmik ve basamak fonksiyonları dahil olmak üzere talep fonksiyonlarını da analiz ediyoruz. Bu fonksiyonları, adil bir karşılaştırma yapabilmek için, elde ettiğimiz çözümleri nötr bir talep fonksiyonu kullanarak sonradan işleme tabi tutarak değerlendiriyoruz. Nihayet, modelimizin pratik uygulanabilirliğini doğrulamak amacıyla 2023 Kahramanmaraş depremlerine ait verilerle bir vaka çalışması gerçekleştiriyoruz. Çözümlere göre, yüksek yoğunluklu bölgeler uzatılmış hizmet süreleri alırken, düşük yoğunluklu bölgeler yalnızca asgari ziyaret gereksinimlerini karşılayacak kadar hizmete erişiyor. Daha adil çözümler sunabilmek maksadıyla, düşük yoğunluklu alanlar için minimum gereksinime ilişkin parametrelerin güncellenmesi gerektiği sonucuna varıyoruz. Her üç talep türü üzerindeki bu kapsamlı hesaplama çalışmaları temelinde, karmaşık afet ortamlarında mobil hizmet birimlerinin konuşlandırılması için stratejik çıkarımlar sunuyoruz.
Özet (Çeviri)
In this thesis, we investigate the critical role of demand frequency in disaster response. We categorize demand into three types: one-time, continuous, and periodic. We define three distinct problems for each demand type. For one-time demand, we define a location-allocation problem with service duration decisions. For continuous demand, we define a maximal covering location problem. For periodic demand, we define a scheduling problem with duration decisions. For each problem, we develop tailored mathematical formulations that integrate realistic demand functions. Firstly, we consider one-time demand, which is characterized by immediate and non-recurring needs in the aftermath of a disaster. We develop three integer programming models for location-allocation problem with service duration decisions which incorporate a stepwise demand function that captures the gradual decline in demand over time. We compare the mathematical models on real-world datasets in terms of solution time and optimality gap for large instances. Through extensive computational experiments, we observe that the best-performing model achieves optimal or near-optimal solutions significantly faster with smaller optimality gaps, especially when solving large-scale instances. The results show that adopting temporal coverage of demand at different locations satisfies more demand over time. We observe that dynamically changing disaster environment requires adopting more agile deployment strategies for mobile service units. Secondly, we consider continuous demand to represent critical and ongoing service requirements. We take into account different types of mobile service units (high-capacity, medium-capacity, and low-capacity). We provide a mathematical formulation maximal covering location problem that determines the optimal locations of mobile service units and allocation of demand points to mobile service units. We also integrate a demand function that accounts for diminishing demand due to coverage. We consider two concepts for how demand is satisfied from covered areas: binary and gradual coverage. In binary coverage, demand is fully satisfied if the demand location is within the coverage radius of a mobile service unit. On the other hand, in gradual coverage, the total demand satisfied drops significantly because it follows a decay function to reflect a decrease with respect to distance. According to our results, we observe that the model prioritizes locating mobile service units closer to demand areas to decrease the decay effect. Finally, we consider periodic demand to represent recurring service needs over specific time intervals. We introduce four mathematical formulations for a scheduling problem with duration decisions: compact 5-index, 4-index models and two 3-index non-compact models. The latter two are derived through a Benders-type projection method and solved using a branch-and-cut algorithm strengthened with valid inequalities. Although decomposition-friendly formulations are attractive, they face significant computational overhead. We also conduct a sensitivity analysis on the parameters and identify the most influential setting. Additionally, we analyze demand functions, including linear, exponential, sigmoid, quadratic, logarithmic, and step functions. We evaluate those functions by post-processing their solutions with a neutral demand function for fair comparison. We finally provide a case study using data from the 2023 Kahramanmaraş earthquakes to validate the model's practical applicability. According to the solutions, the high-density districts receive extended service durations, while the low-density districts receive the minimum visit requirements. It is noted that to enhance fairness, the parameters regarding the minimum requirement can be updated for low-density areas. Based on these comprehensive computational studies across all three demand types, we provide strategic insights for deploying mobile service units in complex disaster settings.
Benzer Tezler
- A new selective location routing problem: Educational services for refugees
Yeni seçici yer seçimi rotalama problemi: Mülteciler için eğitim
ŞEBNEM MANOLYA DEMİR
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. BAHAR YETİŞ
DR. FEYZA GÜLİZ ŞAHİNYAZAN
- Afet tedarik zinciri yönetiminde stokastik, çok periyotlu, çok-modlu, çok malzemeli, iki-seviyeli yardım malzemesi dağıtım modeli
A two-stage stochastic, multi-period, multi-modal and multi-commodity model for the disaster-relief supply chain distribution and planning
ÇAĞLAR UTKU GÜLER
Doktora
Türkçe
2016
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiHava Harp Okulu KomutanlığıEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MURAT ERMİŞ
- İnsani yardım lojistiğinde rota kapsama ve lokasyon seçimi problemi
Location routing with covarege in humanitarian logistic
KAAN KILIÇ
- Deprem sonrası heyelan riski altında son kilometre insanı yardım dağıtımı için tehlike duyarlı dinamik araç rotalama
Risk-sensitive dynamic vehicle routing for last-mile humanitarian aid distribution in earthquake induced landslide areas
BAHAR YALÇIN KAVUŞ
Doktora
Türkçe
2026
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALEV TAŞKIN
- İnsani yardım lojistiğinde tesis yer seçimi ve rotalama problemi için bir matematiksel model önerisi
A quantitative model proposal for location routing problem inhumanitarian logistics
SEDANUR TEMİZ