Modelling and solving hazardous materials distribution problems

Abstract

Η μεταφορά επικίνδυνων υλικών (HazMat) αποτελεί κρίσιμο και πολύπλοκο ζήτημα της αστικής εφοδιαστικής αλυσίδας. Η ασφαλής και αποδοτική μεταφορά αυτών των υλικών είναι ζωτικής σημασίας για την προστασία των ανθρώπων και του περιβάλλοντος. Η αυξανόμενη αστικοποίηση και η ανάγκη για αυστηρότερους κανονισμούς ασφαλείας έχουν ενισχύσει το ενδιαφέρον για την επίλυση των προβλημάτων δρομολόγησης οχημάτων (VRP) που μεταφέρουν επικίνδυνα υλικά.Αυτή η διατριβή εστιάζει στη δρομολόγηση και διανομή επικίνδυνων υλικών με στόχο την ασφάλεια, την αποδοτικότητα και τη διαχείριση κινδύνου. Στην πρώτη φάση, εξετάζεται το πρόβλημα φόρτωσης βυτιοφόρων πολλαπλών διαμερισμάτων, δίνοντας έμφαση στον περιορισμό του φορτίου στους άξονες και στις επιπτώσεις της ταλάντωσης του καυσίμου. Μια καινοτόμος υπολογιστική μέθοδος αναπτύσσεται για την κατανομή του φορτίου σε τριαξονικά οχήματα, συμβάλλοντας στην αποφυγή υπερβάσεων βάρους και βελτιώνοντας την ασφάλεια της μεταφοράς.Η δεύτερη φάση της έρευνας εισάγει έναν νέο δείκτη εκτίμησης κινδύνου, ο οποίος λαμβάνει υπόψη τον χρόνο, την απόσταση και την ποσότητα των μεταφερόμενων υλικών. Ο δείκτης αυτός ενσωματώνει την έκθεση του πληθυσμού στον κίνδυνο, την ακτίνα επιρροής και τον χρόνο έκθεσης, ενώ υπολογίζει πώς το πρόγραμμα φόρτωσης των οχημάτων επηρεάζει τη χρονική στιγμή της μεταφοράς.Το προτεινόμενο πρόβλημα δρομολόγησης επικίνδυνων υλικών επιλύεται με έναν εξελιγμένο αλγόριθμο NSGA-II, ο οποίος βελτιστοποιεί τόσο την ασφάλεια όσο και τη συνολική απόσταση διαδρομής. Συνολικά, η παρούσα διατριβή προτείνει νέες μεθοδολογίες για τη μοντελοποίηση της δρομολόγησης HazMat, συμβάλλοντας στη βελτίωση της ασφάλειας και της αποδοτικότητας των μεταφορών επικίνδυνων υλικών στις αστικές περιοχές.

The transportation of hazardous materials (HazMat) is a critical yet complex aspect of urban logistics. Ensuring the safe and efficient delivery of these materials is crucial for protecting both populations and the environment. The increasing urbanization and the need for stricter safety regulations have intensified research interest in solving the Vehicle Routing Problem (VRP) for hazardous materials distribution.This dissertation focuses on optimizing the routing and distribution of hazardous materials by enhancing safety, efficiency, and risk management. The first part examines the multi-compartment tank-truck loading problem, emphasizing axle weight restrictions and the effects of fuel oscillation. A novel computational method is developed for load distribution in three-axle vehicles, preventing weight limit violations and improving transportation safety.The second part introduces a new transportation risk metric that incorporates time, distance, and the quantity of transported materials. This metric accounts for population exposure, the impact radius based on transported weight, and the duration of exposure to potential risks. Additionally, it considers the effect of truck loading schedules on departure times, integrating a time-dependent risk evaluation approach.The proposed HazMat Vehicle Routing Problem is solved using an advanced NSGA-II algorithm that optimizes both transportation risk and total travel distance. This research introduces innovative methodologies for modeling HazMat routing, addressing real-world challenges in hazardous materials logistics. The findings contribute to improving safety and efficiency in urban hazardous materials transportation.