Optimizing task assignment and routing operations with a heterogeneous fleet of unmanned aerial vehicles for emergency healthcare services

任务(项目管理) 布线(电子设计自动化) 计算机科学 车辆路径问题 医疗保健 运筹学 急救车 医疗急救 航空学 计算机网络 运输工程 实时计算 系统工程 工程类 医学 经济增长 经济
作者
Ziru Lin,Xiaofeng Xu,Emrah Demir,Gilbert Laporte
出处
期刊:Computers & Operations Research [Elsevier BV]
卷期号:174: 106890-106890 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.cor.2024.106890
摘要

This paper studies the optimization of task assignment and pickup and delivery operations using a heterogeneous fleet of unmanned aerial vehicles (UAVs). We specifically address the distribution of emergency medical supplies, including medications, vaccines, and essential medical aid, as well as the collection of biological blood samples for testing and analysis. Unique challenges, such as supply shortages, time windows, and geographical considerations, are explicitly taken into account. The problem is first formulated as a mixed-integer linear programming model aimed at maximizing the total profit derived from the execution of a set of emergency healthcare pickup and delivery tasks. An enhanced Q-learning-based adaptive large neighborhood search (QALNS) is proposed for large-scale benchmark instances. QALNS exhibits a superior performance on benchmark instances. It also improves the quality of the solutions on average by 5.49% and 6.86% compared to the Gurobi solver and a state-of-the-art adaptive large neighborhood search algorithm, respectively. Sensitivity analyses are performed on critical factors contributing to the performance of the QALNS algorithm, such as the learning rate and the discount indicator. Finally, we provide managerial insights on the use of the fleet of UAVs and the design of the network. • We study a model for emergency healthcare logistics with heterogeneous UAVs. • We design a novel metaheuristic QALNS, incorporating Q-learning into parts of ALNS. • QALNS outperforms and provides superior results compared to the standard ALNS. • Managerial insights are provided on UAV usability in emergency healthcare logistics.
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