(Luận văn) nghiên cứu bài toán định tuyến xe, ứng dụng trong tối ưu hóa thu gom rác thải đô thị

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG HỨA MẠNH TUYỂN HỆ THỐNG THÔNG TIN Hứa Mạnh Tuyển NGHIÊN CỨU BÀI TỐN ĐỊNH TUYẾN XE, ỨNG DỤNG TRONG TỐI ƯU HĨA THU GOM RÁC THẢI ĐÔ THỊ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) 2015 – 2017 Hà Nội - 2016 HÀ NỘI HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - Hứa Mạnh Tuyển NGHIÊN CỨU BÀI TỐN ĐỊNH TUYẾN XE, ỨNG DỤNG TRONG TỐI ƯU HĨA THU GOM RÁC THẢI ĐÔ THỊ Chuyên ngành: Hệ thống thông tin Mã số: 60.48.01.04 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS NGUYỄN TRỌNG KHÁNH Hà Nội - 2016 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu toán định tuyến xe ứng dụng tối ưu hóa thu gom rác thải thị” lời xin gửi cám ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Trọng Khánh hướng dẫn bảo tơi tận tình suốt thời gian làm khóa luận Tơi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu nhà trường, thầy cô giáo Trường Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng, giảng viên truyền đạt cho kiến thức, kỹ năng, tạo điều kiện giúp đỡ, động viên, chia sẻ để tơi hồn thành luận văn Ngồi tơi xin cảm ơn chương trình hỗ trợ đề tài nghiên cứu khoa học Dự án hợp tác Đại học thể chế Học viện Nông nghiệp Việt Nam Hội đồng liên đại học Pháp ngữ vương quốc Bỉ hỗ trợ thực luận văn Bản luận văn chắn cịn nhiều thiết sót, mong thầy cô giáo hội đồng chấm luận văn xem xét, góp ý kiến để luận văn hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn! Hà nội, tháng 2016 HỌC VIÊN Hứa Mạnh Tuyển năm LỜI CAM ĐOAN Với mục đích học tập, nghiên cứu để nâng cao trình độ chun mơn nên tơi làm luận văn cách nghiêm túc hoàn tồn trung thực Trong luận văn, tơi có sử dụng tài liệu tham khảo số tác giả, nêu phần tài liệu tham khảo cuối luận văn Tôi xin cam đoan chịu trách nhiệm nội dung, trung thực luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Hà nội, tháng 2016 HỌC VIÊN Hứa Mạnh Tuyển năm MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ BÀI TOÁN ĐỊNH TUYẾN XE 1.1 Tổng quan lĩnh vực tối ưu hóa tổng hợp .7 1.2 Bài toán định tuyến xe số biến thể 1.3 Một số giải thuật áp dụng cho toán VRP 12 1.3.1 Giải thuật láng giềng gần 13 1.3.2 Giải thuật tìm kiếm cục 16 1.3.3 Giải thuật tối ưu hóa đàn kiến ACO 18 1.4 Kết luận 29 CHƯƠNG ĐỊNH TUYẾN XE TRONG TỐI ƯU HÓA THU GOM RÁC THẢI ĐÔ THỊ 30 2.1 Phát biểu toán 30 2.2 Hàm mục tiêu 33 2.3 Đề xuất giải pháp 34 2.3.1 Giải thuật 35 2.3.2 Thực nghiệm mơ hình đa tác tử 42 2.4 Kết luận 44 CHƯƠNG TỐI ƯU HÓA THU GOM RÁC THẢI THÀNH PHỐ HÀ GIANG 45 3.1 Hệ thống thu gom rác thải Thành phố Hà Giang .46 3.2 Tối ưu hóa thu gom rác thải thành phố Hà Giang .50 3.2.1 Lộ trình tối ưu 52 3.2.2 Thí nghiệm với mơ hình đa tác tử 52 3.2.3 Kết đánh giá 53 3.3 Mô hình hệ thống tối ưu thu gom rác thải mở rộng 57 3.4 Kết luận 61 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHỤ LỤC LUẬN VĂN 68 DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ABM Agent Based Model Mơ hình dựa tác tử ACO Ant Colony Optimize Tối ưu hóa đàn kiến Ant System Hệ kiến AS CSDL Cơ sở liệu CSP Covering Salesman Problem CVRP Capacity-constrained VRPs DVRP GCSP GEO GIS GTSP MST Time- or distance-constrained VRPs Generalized Bài toán định tuyến phương tiện với ràng buộc lực chuyên chở Bài toán định tuyến phương tiện với ràng buộc thời gian khoảng cách Covering Bài toán người bán hàng bao trùm Salesman Problem tổng quát Geographical Dữ liệu thông tin địa lý Geographical Information System Generalized Traveling Salesman Problem Minimum SpanningTree Problem OVRP Open Vehicle Routing Problem S-ACO Simple Ant Colony Optimize SVRP Bài toán người bán hàng bao trùm Split Vehicle Routing Problem Bản đồ số Bài toán người bán hàng tổng quát Bài toán khung nhỏ Bài toán định tuyến phương tiện mở Giải thuật tối ưu hóa đàn kiến đơn giản Bài tốn định tuyến phương tiện chia tách TSP Traveling Salesman Problem Bài toán người bán hàng VRP Vehicle Routing Problem Bài toán định tuyến phương tiện DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Giải thuật định tuyến 36 Bảng 2.2 Giải thuật tối ưu hóa đàn kiến ACO 40 Bảng 2.3 Giải thuật tính tổng xác suất 41 Bảng 2.4 Giải thuật tính toán xác suất lựa chọn 41 Bảng 2.5 Giải thuật tính tốn tỉ lệ phụ thuộc mùi khoảng cách 42 Bảng 2.6 Giải thuật cập nhật lại mùi kiến cung đường 42 Bảng 3.1 Lộ trình thực tế thể tích rác ca sáng 50 Bảng 3.2 Lộ trình thực tế thể tích rác ca chiều 50 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Ví dụ tốn người bán hàng bao trùm CSP 10 Hình 1.2 Ví dụ thực thi giải thuật láng giềng gần cho toán 15 người bán hàng Hình 1.3 (a) Ví dụ trạng thái toán người bán hàng (b) Một 18 số láng giềng sinh sau thay đổi cung Hình 1.4 Thí nghiệm cầu đơi (a) Hai nhánh có kích thước 20 nhau, (b) Một nhánh có kích thước gấp đơi nhánh Hình 1.5 Thí nghiệm cầu đơi mở rộng 22 Hình 1.6 Đồ thị tương ứng với mơ hình thí nghiệm cầu đơi 24 Hình 1.7 Các kiến xây dựng giải pháp để tìm đường từ tổ 27 (nút nguồn) đến nguồn thức ăn (nút đích) đồ thị Hình 2.1 Quá trình thu gom vận chuyển rác thải thị 31 Hình 2.2 Mơ hình tính tốn đề xuất 35 Hình 3.1 Quá trình thu gom rác thải thành phố Hà Giang 47 Hình 3.2 Bản đồ số điểm tập kết rác bãi rác thành phố Hà 48 Giang Hình 3.3 Áp dụng mơ hình thành phố Hà Giang 51 Hình 3.4 Mơ hình mơ dựa tác tử 55 Hình 3.5 Thử nghiệm lộ trình tối ưu tính tốn 58 Hình 3.6 Mơ hệ thống hỗ trợ quản lý thu gom vận chuyển rác thải mở rộng 59