Meta-heurística de busca de vizinhança para o problema de veículos no transporte escolar com frota homogênea
| Ano de defesa: | 2025 |
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Resumo: | The School bus routing problem is a relevant combinatorial optimization problem, involving operational costs and service quality. This work proposes a hybrid GRASP-ILS metaheuristic, applied to a case study in a school in Fortaleza, using real data on student locations and bus stops. Two mathematical formulations were proposed, considering vehicle capacity constraints and maximum walking distance: one based on a Mixed-Integer Linear Programming and the other on the p-center problem. To generate the initial solution used in the metaheuristic, a constructive Greedy Randomized Adaptive Search Procedure heuristic was employed. The approaches were tested on 51 instances from the literature, as well as on real instances from a study conducted in a municipal school, where 118 students use school transportation in the morning and 85 in the afternoon. The results show that the proposed metaheuristic outperformed the variable neighborhood search algorithm, achieving cost reductions of up to 35% in some cases while respecting all constraints. This study highlights the potential of advanced optimization techniques to make school transportation more efficient and accessible. |
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Nascimento Neto, Francisco Victor doPrata, Bruno de Athayde2025-04-11T19:32:57Z2025-04-11T19:32:57Z2025-03NASCIMENTO NETO, Francisco Victor do. Meta-Heurística de busca de vizinhança para o problema de veículos no transporte escolar com frota homogênea. 2025. 69 f. Dissertação (Mestrado em Modelagem e Métodos Quantitativos) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, 2025.http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/80441The School bus routing problem is a relevant combinatorial optimization problem, involving operational costs and service quality. This work proposes a hybrid GRASP-ILS metaheuristic, applied to a case study in a school in Fortaleza, using real data on student locations and bus stops. Two mathematical formulations were proposed, considering vehicle capacity constraints and maximum walking distance: one based on a Mixed-Integer Linear Programming and the other on the p-center problem. To generate the initial solution used in the metaheuristic, a constructive Greedy Randomized Adaptive Search Procedure heuristic was employed. The approaches were tested on 51 instances from the literature, as well as on real instances from a study conducted in a municipal school, where 118 students use school transportation in the morning and 85 in the afternoon. The results show that the proposed metaheuristic outperformed the variable neighborhood search algorithm, achieving cost reductions of up to 35% in some cases while respecting all constraints. This study highlights the potential of advanced optimization techniques to make school transportation more efficient and accessible.O problema de roteamento de veículos no transporte escolar é um problema de otimização combinatória relevante, envolvendo custos operacionais e qualidade do serviço. Este trabalho propõe uma meta-heurística híbrida GRASP-ILS, aplicada a um estudo de caso em uma escola de Fortaleza, com dados reais de localização de alunos e paradas de ônibus. Duas formulações matemáticas foram propostas, considerando restrições de capacidade dos veículos e distância máxima de caminhada. Para a geração da solução inicial utilizada na meta-heurística, foi empregada uma heurística construtiva baseada na fase de construção da meta-heurística GRASP. As abordagens foram testadas em 51 instâncias da literatura, bem como em instâncias reais provenientes de uma pesquisa realizada em uma escola da rede municipal, na qual 118 alunos utilizam o transporte no período da manhã e 85 no período da tarde. Os resultados demonstram que a meta-heurística proposta superou o algoritmo de busca em vizinhança variável, alcançando reduções de até 35% no custo total em alguns casos, respeitando todas as restrições. Este estudo evidencia o potencial das técnicas avançadas de otimização para tornar o transporte escolar mais eficiente e acessível.Meta-heurística de busca de vizinhança para o problema de veículos no transporte escolar com frota homogêneaNeighborhood search metaheuristic for the school transport vehicle problem with a homogeneous fleetinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisRoteamento de veículosTransporte escolarHeurísticasGRASPMeta- heurísticasBusca local iteradaVehicle routingSchool transportationHeuristicsGRASPMetaheuristicsIterated local searchCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::PROBABILIDADE E ESTATISTICA::PROBABILIDADE E ESTATISTICA APLICADASinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)instacron:UFChttp://lattes.cnpq.br/4309503314139474https://orcid.org/0000-0002-3920-089Xhttp://lattes.cnpq.br/99570401646974102025-03ORIGINAL2025_dis_fvdnnascimentoneto.pdf.pdf2025_dis_fvdnnascimentoneto.pdf.pdfDissertação Versão Finalapplication/pdf3267905http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/80441/3/2025_dis_fvdnnascimentoneto.pdf.pdfce75157554e46ce0699426a441dda63eMD53LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/80441/4/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD54riufc/804412025-04-11 16:32:58.927oai:repositorio.ufc.br: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Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2025-04-11T19:32:58Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false |
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