短期道路養護工作隊排程規劃之研究

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姓名

張家維(Chia-Wei Chang) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

短期道路養護工作隊排程規劃之研究
(The Short-term Working Team Scheduling Models for Road Maintenance)

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摘要(中)

良好的道路養護工作隊排程規劃，可以提升養護效率，並降低成本。目前國內養護廠商大多依照以往經驗，估算平均的旅行時間與修護時間，以進行工作隊排程規劃。此作法忽略了實務營運上，旅行時間與修護時間之隨機特性，若隨機性擾動過大時，則可能使原規劃的結果失去其優越性，亦即最佳化工作隊排程結果可能不為實際最佳排程。此等最佳化道路養護工作隊排程在營運中受到隨機因素擾動的影響，在過去未曾發現有文獻進行探討。有鑑於此，為規劃較符合實務情況的工作隊排程，本研究考量實際營運時，旅行時間與修護時間之隨機變動狀況及實務營運的相關限制，以養護廠商總未養護時間最小化為目標，構建一確定性與一隨機性工作隊排程模式，幫助廠商在有限的養護資源下作出最佳的工作隊調派決策，並提高養護作業效率。
本研究參考國內實際的養護工程作業方式，利用時空網路流動技巧，以系統最佳化的觀點，構建一確定性道路養護工作隊排程模式。之後，進ㄧ步修正確定性模式中固定之旅行時間與修護時間為隨機變數，構建一隨機性道路養護工作隊排程模式。求解上，本研究以CPLEX數學規劃軟體直接求解模式。另外，為評估隨機狀況下的作業績效，本研究並將發展一模擬評估方法，以比較實務排程、確定性與隨機性排程規劃的結果於實際營運應用之差異。最後，為測試本研究模式與評估方法的實用績效，本研究以某縣市政府所負責之養護範圍為例，利用C程式語言結合數學規劃軟體CPLEX進行實例測試與分析，進而提出結論與建議。

摘要(英)

A good work team schedule for road maintenance can help improve the effectiveness of the road maintenance and thus reduce the operating costs. In current practice the work team schedule is typically designed by the staff’s experience, in accordance with the projected (or average) fleet travel times and maintenance times, meaning that stochastic disturbances arising from variations in vehicle travel times and maintenance times in actual operations are neglected. In the worst case scenario, where vehicle travel times and maintenance times fluctuate wildly during daily operations, the planned work team schedule could be disturbed enough to lose its optimality. Since there has been no research on work team scheduling problems that can account for stochastic fleet travel times and maintenance times, in this research stochastic disturbances of daily vehicle travel times and maintenance times that occur in actual operations are considered from the basis of the carrier’s perspective. We try to develop a deterministic and a stochastic work team scheduling models, with the objective of minimizing the total operating time (including total vehicle travel time and total maintenance time). The models are expected to be useful planning tools for carriers to decide on their optimal work team schedules in their operations.
We will employ network flow techniques, with a systemic optimization perspective, to construct a deterministic work team scheduling model. Then a stochastic work team scheduling model is developed by modifying the fixed vehicle travel time and maintenance time parameters in the deterministic work team scheduling model. We use the mathematical programming solver, CPLEX, to directly solve the scheduling model. To evaluate the models and the solution algorithms under stochastic vehicle travel times and maintenance times in actual operations, we will also develop a simulation-based evaluation method. Then, we will perform a case study on personal computers, using real data of a local government. Finally, conclusions and suggestions will be given.

關鍵字(中)

★ 道路養護
★ 工作隊排程
★ 隨機性旅行時間
★ 隨機性修護時間
★ 模擬

關鍵字(英)

★ simulation
★ stochastic maintenance times
★ stochastic travel times
★ road maintenance
★ work team scheduling

論文目次

中文摘要................................I
英文摘要................................II
誌謝....................................III
目錄....................................V
圖目錄..................................VII
表目錄..................................VIII
第一章緒論.............................1
1.1 研究背景與動機......................1
1.2 研究目的與範圍......................2
1.3 研究方法與程式架構..................3
第二章現況分析與文獻回顧...............4
2.1 現況分析............................4
2.2 養護工程............................6
2.3 災後工程緊急搶修作業排程............7
2.4 時空網路............................8
2.5 隨機擾動之相關理論與文獻............9
2.5.1 隨機性問題相關理論................9
2.5.2 隨機擾動相關文獻..................12
2.6 小結................................16
第三章模式構建.........................17
3.1 確定性道路養護工作隊排程模式........17
3.1.1 確定性排程模式基本假設............17
3.1.2 養護時空網路......................18
3.1.3 數學定式..........................24
3.2 隨機性道路養護工作隊排程模式........25
3.2.1 養護替代服務節線..................26
3.2.2 擾動成本（T）設計.................27
3.2.3 半偏差（SRM）與數學定式...........32
3.3 期望值模式與模式延伸................34
3.4 模擬評估方法........................37
3.5 結語................................38
第四章範例測試.........................39
4.1 資料輸入............................39
4.1.1旅行時間資料.......................39
4.1.2 養護能量資料......................41
4.2 模式發展............................42
4.2.1 問題規模..........................42
4.2.2 模式輸入資料......................43
4.3 電腦演算環境及設定..................43
4.3.1 電腦演算環境......................43
4.3.2 相關程式設定......................43
4.3.3 模式輸出資料......................44
4.4 測試結果與分析......................45
4.4.1隨機狀況數目.......................46
4.4.2 隨機性道路養護工作隊排程結果......47
4.4.3 模式比較分析......................49
4.4.4 期望值模式........................50
4.4.5 工作隊排程單一定線................51
4.5 敏感度分析..........................53
4.5.1 工作隊規模敏感度分析..............53
4.5.2 隨機分配模式敏感度分析............55
4.5.3 擾動成本（T）敏感度分析...........58
4.5.4 權重值敏感度分析.................60
4.6 方案分析............................61
4.6.1 時窗限制方案分析..................61
4.6.2 養護區權重方案分析................64
4.6.3問題規模方案分析...................66
4.7 小結................................68
第五章結論與建議.......................69
5.1 結論................................69
5.2 建議................................70
5.3 貢獻................................70
參考文獻................................72
附錄..................................78
附錄一..................................78
附錄二..................................79
附錄三..................................80
附錄四..................................81
附錄五..................................81
附錄六..................................82
附錄七..................................82

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指導教授

顏上堯(Shang-Yao Yan)

審核日期

2006-7-20

推文