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교통상황과 확률적 수요를 고려한 차량경로문제의 Hybrid 유전자 알고리즘
A Hybrid Genetic Algorithm for Vehicle Routing Problem which Considers Traffic Situations and Stochastic Demands 원문보기

大韓交通學會誌 = Journal of Korean Society of Transportation, v.28 no.5, 2010년, pp.107 - 116  

김기태 (국방대학교 운영분석학과) ,  전건욱 (국방대학교 운영분석학과)

초록
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도심지에서 수요지간의 이동시간은 복잡한 도로사정과 외부환경으로 인하여 실시간 변화하는 교통상황에 큰 영향을 받고 있으며, 수요는 시기나 성향에 따라 확률적으로 변화하고 있다. 대부분의 차량경로문제 연구는 차량경로를 선정함에 있어 수요지간의 이동거리와 평균속력, 확정된 수요를 고려하여 경로를 구성하고 있으며, 교통상황과 확률적인 수요의 동적인 외부환경 반영이 미흡하였다. 본 연구에서는 원활 지체 정체의 교통상황과 확률적인 수요를 고려한 현실적인 차량경로문제를 제안하였다. 수리모형을 구축하고, CPLEX 11.1을 이용하여 검증하였으며, 총 소요시간을 최소화하는 Hybrid 유전자 알고리즘을 제안하였다. 교통상황과 확률적 수요를 고려한 차량경로문제의 결과를 기존의 휴리스틱 알고리즘과 비교하였으며, 본 연구에서 제안한 알고리즘이 가장 우수한 해를 제공하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The vehicle travel time between locations in a downtown is greatly influenced by both complex road conditions and traffic situation that changes real time according to various external variables. The customer's demands also stochastically change by time period. Most vehicle routing problems suggest ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 교통상황을 원활ㆍ지체ㆍ정체의 3가지 상황으로 구분하고, 수요지의 수요가 확률적으로 변화하는 상황에서 제한된 차량의 적재능력을 고려하여 총 소요시간을 최소화하는 차량경로의 구성을 위한 수리모형과 Hybrid 유전자 알고리즘을 제시하였다.
  • 본 연구에서는 교통상황을 원활ㆍ지체ㆍ정체의 3가지 상황으로 구분하고, 수요지의 수요가 확률적으로 변화하며, 제한된 차량의 적재능력을 고려하여 총 소요시간을 최소화하는 차량경로문제(VRPTSSD)를 제시하였다.
  • 본 연구에서는 원활ㆍ지체ㆍ정체의 3가지 교통상황과 수요지의 수요가 확률적으로 변화하는 차량경로문제에서 총 소요시간을 최소화하기 위하여 유전자 알고리즘에 Saving 알고리즘과 2-opt 휴리스틱 기법을 혼합한 Hybrid 유전자 알고리즘을 구축하였으며, 수행절차는 과 같다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Saving 알고리즘의 역할은 무엇인가? Saving 알고리즘은 <그림 2>와 같이 더 경제적인 경로를 형성할 수 있도록 유도하여 우수한 초기 해를 산출해주는 역할을 한다.
임의생성 기법의 장단점은 무엇인가? 임의생성 기법은 다양한 해 공간을 탐색할 수 있다는 장점이 있으나 실행 불가능해가 다수 포함되어 효과적인 해의 탐색이 어려운 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 임의 생성된 초기 해를 바탕으로 각 차량에 대한 수요지를 순서대로 방문하여 적재용량의 제약조건을 만족하면 차량의 경로에 포함시키고, 제약조건을 만족하지 못하면 다른 수요지로 바꾸어 주었다.
유전자 알고리즘의 성능을 좌우하는 요인들로는 어떤 것들이 있는가? 유전자 알고리즘이 확률과 파라미터에 의하여 다양한 결과를 발생시키기 때문에 유전자 알고리즘의 성능을 좌우하는 몇 가지 요인들을 고려해야 한다. 이러한 요인들로는 모집단 크기(Population Size), 교차 확률(Pc), 돌연변이 확률(Pm), 종료 세대수 등을 들 수 있다. 본 연구에서는 유전 파라미터들이 적합도에 미치는 영향을 반복 실험을 통해 비교한 후 알고리즘과 문제의 특성에 맞는 파라미터를 적용하였으며, 본 연구의 유전 파라미터는 <표 2>와 같다.
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참고문헌 (17)

  1. 김기태.전건욱(2009), "서비스 시간대별 교통상황을 고려한 차량경로문제", 산업공학(IE Interfaces)지, 제22권, pp.358-366. 

  2. 문기주.양승만(2004), "3구간 종속 가변속도 하에서 배송차량의 최적운영 방안에 관한 연구", 대한설비관리학회지, 제9권, pp.145-154. 

  3. Bertsimas, D. J.(1992), "A Vehicle Routing Problem with Stochastic Demand", Operations Research, Vol.40, pp.574-585. 

  4. Clark, G. and J. W. Wright(1964), "Scheduling of Vehicles from a Central Depot to a Number of Delivery Points", Operations Research, Vol.12, pp.568-581. 

  5. Dantzig, G. B. and J. H. Ramser(1959), "The Truck Dispatching Problem", Management Science, Vol.6, pp.80-91. 

  6. Gendreau, M., A. Hertz and G. Laporte(1992), "New Insertion and Postoptimization Procedures for the Traveling Salesman Problem", Operations Research, Vol.60, pp.1086-1094. 

  7. Goldberg, D. and R. Lingle(1985), "Alleles, Loci, and The Traveling Salesman Problem", Proceedings of the First International Conference on Genetic Algorithms and their applications, pp.154-159. 

  8. Haughton, M. A.(1998), "The Performance of Route Modification and Demand Stabilization Strategies in Stochastic Vehicle Routing", Transportation Research, Vol.32, pp.551-566. 

  9. Haughton, M. A. and A. J. Stenger(1999), "Comparing Strategies for Addressing Delivery Shortages in Stochastic Demand Settings", Transportation Research, Vol.35, pp.25-41. 

  10. Hill, V. and W. C. Benton(1992), "Modeling Intra-City Time-Dependent Travel Speeds for Vehicle Scheduling Problems", Journal of Operational Research Society, Vol.43, pp.343-351. 

  11. Laporte, G.(1992), "The Vehicle Routing Problem: An Overview of Exact and Approximate Algorithms", European Journal of Operational Research, Vol.59, pp.345-358. 

  12. Laporte, G., F. V. Louveaux and L. Van Hamme(2002), "An Integer L-Shaped Algorithm for the Capacitated Vehicle Routing Problem with Stochastic Demands", Operations Research, Vol.50, pp.415-423. 

  13. Malandraki, C. and M. S. Daskin(1992), "Time Dependent Vehicle Routing Problems: Formulation, Properties and Heuristic Algorithms", Transportation Science, Vol.26, pp.185-200. 

  14. Reimann, M.(2005), "Analyzing a Vehicle Routing Problem with Stochastic Demands Using Ant Colony Optimization", Advanced OR and AI Methods in Transportation, Poznan Technical University Publishers, pp.764-769. 

  15. Solomon M. M.(1987), "Algorithms for the Vehicle Routing and Scheduling Problems with Time Window Constraints", Operations Research, Vol.35, pp.254-265. 

  16. Stewart, W. R. and B. L. Golden(1983), "Stochastic Vehicle Routing: A Comprehensive Approach", European Journal of Operational Research, Vol.14, pp.371-385. 

  17. Tillman, F. A.(1969), "The Multiple Terminal Del-very Problem with Probabilistic Demands", Transportation Science, Vol.3, pp.192-204. 

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