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[국내논문] K-Means Clustering의 차량경로문제 적용연구
An Application of k-Means Clustering to Vehicle Routing Problems 원문보기

Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering = 한국산업경영시스템학회지, v.38 no.3, 2015년, pp.1 - 7  

하제민 (동아대학교 산업경영공학과) ,  문기주 (동아대학교 산업경영공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This research is to develop a possible process to apply k-means clustering to an efficient vehicle routing process under time varying vehicle moving speeds. Time varying vehicle moving speeds are easy to find in metropolitan area. There is a big difference between the moving time requirements of two...

주제어

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문제 정의

  • 본 논문에서는 이동시간대에 따라 차량의 이동속도가 변동되는 높은 난이도의 VRP 해법개발에 적용할 수 있는 새로운 구역의 분할방법을 설계하고 제안하였다. 제안된 방법은 본문에서 기술한 것과 같이 기존의 연구 대비보다 합리적인 분할결과를 보여주었다.
  • 본 연구는 Moon과 Park[10, 11]의 연구 중 구역분할에 관련된 것의 개선에 관한 것이다. 시간대에 따라 구역설정을 할 때 단순히 x, y축을 기준으로 각 구역 당 동일한 개수의 배송지점을 할당한 것을 개선하여 배송지점들의 근접도에 따라 단위시간당 다른 개수가 배정되도록 한 것이다.
  • 현실의 배송상황에서는 배송 해야할 배송지점이 항상 동일한 개수로 나눠지지 않기 때문에 실제의 상황에 맞지 않는 어려움이 있었다. 본 연구에서는 k-means clustering 알고리즘을 사용하여 보다 합리적이고 현실 적용 용이한 구역분할 방법을 제시하고자 하였다.
  • 이러한 어려움을 해결하기 위해 Moon과 Park [10]은 차량의 이동속도에 변화가 없는 시간대를 분석하였고, 변화가 없는 시간대로 구역 분할한 후 각 분할된 구역 내에서는 일반적인 TSP(Traveling Salesman Problem)로 지역적 경로를 구한 후 연결하여 전체 경로를 구성하는 탐색법을 제시하였다. 본 연구에서는 이동경로의 구성을 위한 구역의 분할에 있어서 보다 효율적으로 구역분할을 수행할 수 있는 해법을 설계하였다. 이전 연구에서의 구역 분할은 배송 지점들의 개수에 따른 단순 분할이었으나, 본 연구에서는 k-means clustering을 활용함으로서 보다 합리적인 분할이 가능하게 하였다.
  • 본 연구는 하나의 창고에서 한 대의 차량이 각 배송지점을 방문한 후 다시 원점으로 돌아오는 경우의 문제를 대상모형으로 하며, 배송품의 무게, 부피 등의 제약은 배제된 경우를 다룬다. 이동시간대에 따라 배송지점들 사이에 차량의 이동속도가 변화하는 경우를 다룬 것이 본 연구의 주된 특징이다. 이동하는 시간대의 변화에 따라 이동속도가 바뀌는 경우 효율적인 배송경로 탐색이 매우 어려워진다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
차량경로문제란 무엇인가? 차량경로문제(VRP : Vehicle Routing Problem)는 일반적으로 차고지 혹은 물류창고에서 한 대 또는 복수대의 차량이 다수의 고객에게 재화 및 서비스를 전달하고 다시 원점으로 돌아오는 최선의 경로를 결정하는 문제이다. 문제의 형태에는 차량 대수, 창고 수, 차량 용량 등의 제약 하에 최소의 비용으로 수요를 충족하는 경로 찾기 등이 있다.
K-means clustering으로 구역을 분할하기 위해서는 총 구역의 개수를 정하고 이 개수와 동일하게 k값을 정하는 이유는 무엇인가? K-means clustering으로 구역을 분할하기 위해서는 총 구역의 개수를 정하고 이 개수와 동일하게 k값을 정한다. 이는 k의 수가 분할될 구역의 수이기 때문이다. 본 연구에서는 Moon과 Park[11]에서와 같이 배송시간을 오전 10시부터 오후 8시까지 총 10시간으로 설정하여 10개의 구역으로 나눈다.
그룹이 특정위치로 편중되면 좋은 해를 구하기 어려워지는 이유는 무엇인가? 이는 임의로 결정되는 k의 위치에 따라 다양한 구역분할 값이 나올 수 있다는 것을 의미하는데, 만약 임의의 k의 위치가 어느 한 곳으로 편중 된다면 그만큼 그룹화 되는 배송지점도 편중된다는 것이다. 그룹이 특정위치로 편중되면 그룹 간 거리의 차가 크게 발생할 수 있기 때문에 좋은 해를 구하기 어려워진다. 그룹 간 거리의 차가 크거나 짧으면 해법의 설계 시 여러 문제에 대한 활용성이 낮아지기 때문에 그룹 간 거리를 일정하게 지정해 주는 것이 바람직하다.
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참고문헌 (11)

  1. Donati, A.V., Montemanni, R., Casagrande, N., Rizzoli, A.E., and Gambardella, L.M., Time dependent vehicle routing problem with a multi ant colony system. European Journal of Operation Research, 2006, Vol. 185, No. 3, pp. 1174-1191. 

  2. Haghani, A. and Jung, S., A dynamic vehicle routing problem with time-dependent travel times. Computers and Operations research, 2005, Vol. 32, No. 11, pp. 2959-2986. 

  3. Jabali, O., Van Woensel, T., de Kok, A.G., Lecluyse, C., and Peremans, G., Time-dependent vehicle routing subject to time delay perturbations. IIE Transactions, 2009, Vol. 42, pp. 1049-1066. 

  4. Kenyon, A.S. and Morton, D.P., Stochastic vehicle routing with random travel times. Transportation Science, 2003, Vol. 37, No. 1, pp. 69-82. 

  5. Kuo, Y., Using simulated annealing to minimize fuel consumption for the time-dependent vehicle routing problem. Computers and Industrial Engineering, 2010, Vol. 59, No. 1, pp. 157-165. 

  6. Kuo, Y., Wang, C.C., and Chuang, P.Y., Optimizing goods assignment and the vehicle routing problem with time-dependent travel speeds. Computer and Industrial Engineering, 2008, Vol. 57, pp. 1385-1392. 

  7. Lloyd, S.P., Least square quantization in PCM. IEEE Transactions on Information Theory, 1957, Vol. 28, No. 2, pp. 129-137. 

  8. MacQueen, J.B., Some methods for classification and analysis of multivariate observations. Proceedings of 5th Berkeley Symposium on Mathematical Statistics and Probability, 1967, pp. 281-297. 

  9. Malandraki, C. and Daskin, M.S., Time Dependent Vehicle Routing Problems : Formulations, Properties and Heuristic Algorithm. Transportation Science, 1992, Vol. 26, No. 3, pp. 185-200. 

  10. Moon, G. and Park, S., Analysis and reconstruction of vehicle speeds to design an efficient time dependent VRP heuristic. Journal of the Society of Korea Industrial and Systems Engineering, 2012, Vol. 35, No. 1, pp. 140-147. 

  11. Moon, G. and Park, S., A Possible heuristic for variable speed vehicle routing problem with 4 time zone. Journal of the Society of Korea Industrial and Systems Engineering, 2012, Vol. 35, No. 4, pp. 171-178. 

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