Doğal afet ardından etkili bir planlama yöntemi için yol temizleme ve yardım araçlarının eşzamanlı rotalanması problemi
The problem of simultaneous routing of road cleaning and relief vehicles for an effective planning method after natural disaster
Yazar: MERVE KADAN
Danışman: DR. HALENUR ŞAHİN MAHMUTOĞULLARI
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği = Industrial and Industrial Engineering

Özet:
Doğal afetler, meydana gelecekleri zaman öngörülemeyen, fiziksel, ekonomik ve sosyal kayıplar doğuran büyük çaplı doğa olaylarıdır. Afetler artlarında muhteviyatı değişebilen enkaz ismi verilen artıklar bırakmaktadır. Oluşan enkaz afet bölgesinde yolları kapatabilmekte ve ulaşıma engel olabilmektedir. Ancak, afet ardından afet bölgesine olabildiğince hızlı ulaşmak gerekmektedir. Böylelikle afetzedelere yardım ulaştırılarak hayat kaliteleri yükseltilebilecektir. 
Bu çalışmada afet ardından afet bölgesinde enkaz nedeniyle kapanan yolların açılması ve yardım malzemelerinin ihtiyaç duyulan düğümlere olabildiğince hızlı ulaştırılması süreçlerini senkronize bir şekilde ele alan bir problem ele alınmıştır. Problem kapsamında bir adet yol temizleme aracı ve birden fazla yardım malzemesi dağıtım aracı bulunduğu kabul edilmiştir. Problemin çözümüne yönelik karma tamsayılı doğrusal programlama modeli geliştirilmiştir. Geliştirilen model gerçekçi boyutlardaki problemler için kabul edilebilir sürede çözüm bulamadığından problemin çözümü için bir sezgisel algoritma geliştirilmiştir. Afet bölgesinde yer alan hastane ve okullar gibi ulaşılması önemli bölgeler kritik düğümler olarak kabul edilmiştir. Model kapsamında kritik bölgelere yardım malzemesi ulaştırılmasına yönelik en hızlı rotalar belirlenmekte, rotada enkaz nedeniyle kapalı bir yol var ise söz konusu yol enkazdan temizlenmektedir. Araçlar turlarına eş zamanlı olarak başlamakta ve görevlerini senkronize icra etmektedir. Yol temizleme aracı bir yolu enkazdan tamamen temizlemeden yardım malzemesi dağıtım araçları o yolu kullanamamaktadır. Yolun temizlenme zamanı yardım malzemelerinin ulaşma zamanını etkilemektedir. 
Geliştirilen karma tamsayılı doğrusal programlama modeli ve sezgisel algoritmanın farklı boyutlardaki veri setleri ile performanslarının test edilmesi bağlamında iki farklı veri seti ile çalışılmıştır. Buna ek olarak, tanımlanan problem kapsamında değişkenlik gösterebilecek olan enkaz nedeniyle yol kapanma oranı ve yardım malzemesi dağıtım aracı sayılarının geliştirilen çözümlere etkisinin anlaşılabilmesi maksadıyla farklı yol kapanma oranları ve değişken yardım malzemesi araç sayıları ile çözümler denenmiştir. Ayrıca, farklı iterasyon sayılarının sezgisel algoritmanın performansına etkisi de analiz edilmiştir. 
Bu çalışmanın literatüre temel katkısı yol temizleme ve yardım malzemesi dağıtım süreçlerini senkronize ele almasıdır. Bahse konu alanda literatürde sınırlı kaynak olması sebebiyle, geliştirilen modelin fayda sağlayabileceği değerlendirilmektedir.

Abstract:
Natural disasters are large-scale natural events that are unpredictable and cause physical, economic and social losses. Disasters leave residues called debris, whose content can change. The debris can block roads and hinder transportation in the disaster area. However, it is necessary to reach the disaster area as quickly as possible after the disaster. Thus, the quality of life will be increased by delivering aid to the disaster victims.
In this study, a problem that deals with the processes of opening the roads closed due to debris in the disaster area and delivering the relief materials to the needed nodes as quickly as possible in a synchronized manner is discussed. It is assumed that there is one road cleaning vehicle and more than one aid delivery vehicle within the scope of the problem. A mixed integer linear programming model has been developed to solve the problem. Since the developed model could not find a solution in an acceptable time for realistic sized problems, a heuristic algorithm was developed to solve the problem. Nodes that are important to reach such as hospitals and schools in the disaster area are considered as critical nodes. Within the scope of the model, the fastest routes for the delivery of relief materials to critical nodes are determined, and if there is a road closed due to debris on the route, the road in question is cleared of debris. Vehicles start their tours simultaneously and perform their tasks synchronously. Relief delivery vehicles cannot use that road until the road clearing vehicle completely clears a road of debris. The cleaning time of the road affects the arrival time of the relief materials.
In the context of testing the performance of the developed mixed integer linear programming model and the heuristic algorithm two different data sets were used. In addition, solutions with different road blockage rates and variable number of relief vehicles were considered in order to understand the effect of road closure rate and number of relief delivery vehicles on the solutions developed. In addition, the effect of different iteration numbers on the performance of the heuristic algorithm is also analyzed.
The main contribution of this study to the literature is the synchronization of road cleaning and relief material distribution processes. Due to the limited resources in the literature in the subject area, it is considered that the developed model can be beneficial.