Paratransit services under normal and emergency conditions using public transport resources

Abstract

In this dissertation we investigate paratransit services, which support mobility for people with a disability, under normal and emergency conditions.For paratransit services under normal conditions, we introduce and study Scheduled Paratransit Transport Systems (SPTS), in which a public transport bus is allowed to diverge from its nominal path to pick-up paratransit passengers and drop them off at their destination. Subsequently, we investigate SPTS-T, an interesting enhancement of SPTS, which aims to satisfy the entire paratransit demand by combining SPTS with accessible taxi (or private hire) services. The problem objective is to minimize the cost of the combined transportation system, while serving all paratransit requests and offering sufficient level of service.For each of the above systems, new routing problems have been modeled and solved by exact Branch and Price frameworks. We have studied SPTS and SPTS-T with respect to its significant design parameters, and proposed guidelines for the efficient development of such systems in various transport environments.In the area of paratransit services under emergency conditions we investigated the problem of evacuating the residents of a region in case of an emergency - the bus evacuation problem. We have developed a hybrid algorithm that incorporates the column generation framework, with the well-known meta-heuristic methods LNS and VNS. We also have studied an interesting variation of this problem, which deals with the evacuation of casualties from several triage points. This case may be encountered in a battlefield or after disasters (natural catastrophes, terrorist attacks, etc.), in which a significant number of casualties should be transported to available medical facilities. Extensive experimental results have indicated that for both cases the proposed framework provides near optimal solutions for small scale instances, and efficient solutions in reasonable computational times for problems of practical scale.Finally, we study the implications of the above research in logistics cases, in which conditions similar to those of the aforementioned transportation problems hold, including routes with strict sequences, or limitations for the capacities of collection/gathering centers. Specifically, we have examined three interesting cases of the single vehicle routing problem with a predefined client sequence and two load replenishment warehouses.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή διερευνώνται υπηρεσίες μεταφοράς επιβατών με ειδικές απαιτήσεις με τη χρήση μέσων μαζικής μεταφοράς υπό κανονικές και έκτακτες συνθήκες.Συγκεκριμένα, η παρούσα διατριβή αρχικά επικεντρώνεται στον σχεδιασμό εξατομικευμένων μεταφορικών υπηρεσιών με τη χρήση μέσων μαζικής μεταφοράς, και συγκεκριμένα του δημόσιου συστήματος λεωφορείων. Επιπλέον, εξετάζεται πως οι σχετικές υπηρεσίες δύνανται να βελτιωθούν ενισχύοντας το σύστημα λεωφορείων με μισθωμένα οχήματα. Οι εν λόγω υπηρεσίες έχουν στόχο την παροχή κινητικότητας υψηλής ποιότητας σε άτομα που χρήζουν ειδικών συνθηκών μεταφοράς, ενώ λαμβάνεται υπόψη και το σχετικό κόστος.Για τη μελέτη αυτών των συστημάτων ορίστηκαν νέα προβλήματα προγραμματισμού δρομολογίων, τα οποίο διατυπώθηκαν ως προβλήματα μεικτού γραμμικού ακεραίου προγραμματισμού και επιλύθηκαν με νέες μεθόδους Κλάδου και Αποτίμησης (ΚΑ). Επίσης, διεξήχθηκαν εκτεταμένες πειραματική μελέτες για το κάθε σύστημα με τη βοήθεια των αντιστοίχων μεθόδων ΚΑ για την μελέτη της επίδρασης των βασικών παραμέτρων των συστημάτων στην ποιότητα εξυπηρέτησης.Επίσης, στην παρούσα διατριβή διερευνώνται περιπτώσεις εκκενώσεων περιοχών εν όψει εκτάκτων καταστάσεων. Για την περίπτωση αυτή, διερευνούμε το πρόβλημα του προγραμματισμού εκκένωσης περιοχών με τη χρήση υφιστάμενων δημόσιων συστημάτων λεωφορείων, λαμβάνοντας υπόψη σημαντικούς περιορισμούς που σχετίζονται με τη δυναμικότητα των διαθέσιμων καταφυγίων. Επιπροσθέτως, διερευνούμε επέκταση του παραπάνω προβλήματος, η οποία αφορά τη μεταφορά τραυματιών σε νοσοκομειακές μονάδες, είτε μόνιμες και μεγάλης δυναμικότητας είτε προσωρινές και μικρής δυναμικότητας.Για την επίλυση των προβλημάτων εκκένωσης αναπτύξαμε ένα πλαίσιο επίλυσης δύο φάσεων, το οποίο συνδυάζει κατάλληλα γνωστές ευρετικές και ακριβείς μεθόδους. Η πειραματική διερεύνηση σχετικά με τα προβλήματα εκκένωσης αφορούσε την αξιολόγηση του προτεινόμενου υβριδικού πλαισίου Αρχικά, επικυρώθηκε η ποιότητα των λύσεων που παράγονται από το υβριδικό πλαίσιο συγκρίνοντάς τες με τις βέλτιστες λύσεις που παράγονται από την επίλυση του μαθηματικού μοντέλου για προβλήματα μικρής κλίμακας.Τέλος, εκμεταλλευόμενοι μερικά από τα σημαντικά χαρακτηριστικά των παραπάνω προβλημάτων, καθώς και των μεθόδων επίλυσης που αναπτύχθηκαν για αυτά, μελετήσαμε ειδικές περιπτώσεις στον τομέα των logistics. Οι ειδικές περιπτώσεις του τομέα των logistics που μελετήθηκαν αφορούν τη δρομολόγηση ενός οχήματος και δύο σημείων αναπλήρωσης του αποθέματος του οχήματος.