Pamukkale Univ Muh Bilim Derg. 2022; 28(1): 104-116 | DOI: 10.5505/pajes.2021.83809

Crowd-shipping service network design problem

Barýþ Yýldýz
Koç University

With the rising concerns over the increasing costs and negative externalities of city-logistics, the need for innovative approaches to come up with low cost and environmentally friendly distribution systems is on the rise. One such innovative approach is crowd-shipping (CS). In this model, which aims to combine packet and passenger transfers to utilize redundant transportation capacity, the individuals who want to earn small compensations and/or help the environment are employed to carry out package transfers between service points on the paths of their already planned trips. In this study, we introduce the strategic level CS network design problem, which needs to be solved to determine the locations and the capacities of the service points in the urban area to establish an efficient CS delivery system. We propose a novel Benders Decomposition algorithm to solve this challenging problem that we model as a scenario based two-stage stochastic integer program. The results of our comprehensive numerical experiments attest to the efficacy of the approach to solve practical size problem instances and provide significant managerial insights, showing that such a well-designed CS network can provide savings (in terms of both economic and environmental costs), even in the case of express package transfers with very stringent delivery lead time restrictions. In particular, our results show that by carefully choosing the locations and the capacities of the service points, it is possible to carry out a significant portion of express deliveries with the crowd provided delivery capacity (up to 56% in our experiments) without deploying a very large number of them (less than 60 in all our experiment) in the region, indicating the strong potential and applicability of the CS delivery systems in real world delivery operations.

Keywords: City logistics, crowd-shipping, stochastic programming, Benders Decomposition

---

Kitle destekli daðýtým servis aðý tasarýmý problemi

Barýþ Yýldýz
Koç Üniversitesi

Þehir içi daðýtým faaliyetlerinin artan maliyetleri ve neden olduðu sorunlar (trafik, çevre kirliliði, gürültü, araç kazalarý, vb.) hakkýnda artan kaygýlar, bu alanda yenilikçi yaklaþýmlara olan ihtiyacý giderek artýrmaktadýr. Ön plana çýkan söz konusu yaklaþýmlardan birisi de Kitle destekli daðýtým (KDD) modelidir. Yolcu ve paket taþýmacýlýðýný bütünleþtirerek atýl araç kapasitelerinin faydalý bir þekilde kullanýlmasýný amaçlayan bu modelde, kiþilerin küçük ekonomik kazançlar saðlamak ve/veya daðýtým faaliyetlerinin çevreye verdiði zararlarý azaltýlmasýna katký sunmak amacýyla kendi seyahatleri sýrasýnda yollarý üzerindeki servis noktalarý arasýnda paket taþýmacýlýðý yapmasý öngörülmektedir. Bu çalýþmada, KDD faaliyetlerinin etkin bir þekilde yürütebilmesi için gerekli olan servis noktalarýnýn/paket otomatlarýnýn þehrin hangi noktalarýna hangi kapasiteler ile kurulmasý gerektiðini belirlemek için çözülmesi gereken stratejik seviye “KDD servis aðý tasarýmý” problemini literatüre tanýtýyoruz. Ýki seviyeli, senaryo tabanlý belirsiz bir tamsayýlý program olarak modellediðimiz problemin çözümü için etkin bir Benders Ayrýþtýrma algoritmasý önermekteyiz. Gerçekleþtirdiðimiz geniþ kapsamlý hesapsal çalýþmalar geliþtirdiðimiz çözüm yönteminin etkinliðini ortaya koymakta, önemli yönetimsel çýkarýmlar sunmaktadýr. Elde ettiðimiz sonuçlar, hýzlý paket taþýmacýlýðý gibi oldukça zorlu ve maliyetli (ekonomik ve çevresel) bir daðýtým faaliyeti için iyi tasarlanmýþ bir KDD modelinin önemli kazanýmlar saðlayabileceðini göstermektedir. Nispeten küçük sayýda (çalýþtýðýmýz problem örneklerinde en fazla 60 adet) servis noktalarý ile daðýtýmlarýn önemli bir kýsmýnýn (çalýþtýðýmýz problem örneklerinde %56’ya kadar) “kitle” tarafýndan yapýldýðý etkin bir KDD sisteminin teþkil edilebileceðini gösteren bu sonuçlar, önerilen yenilikçi yaklaþýmýn uygulanabilirliði konusunda önemli ipuçlarý vermektedir.

Anahtar Kelimeler: Þehir içi lojistiði, kitle destekli daðýtým, belirsizlikte eniyileme, Benders Ayrýþtýrma

---