Resumen de Investigación Operativa para la Extinción de Incendios Forestales: El “Team Orienteering Problem” con Ventanas de Tiempo Variables
- español
This document summarizes the methodology, results and conclusions of the thesis titled: Operational Research for Wildfire Suppression: The Team Orienteering Problem with Variable Time Windows. The motivation for developing this work lies in the increasing concern regarding wildfires. Climate change, the change of the land use, and the abandonment of rural areas foster more dangerous and devastating events. Traditionally, decision making regarding operational and tactical movements during the response phase of a wildfire were based on practitioners’ expertise. However, Operational Research (OR) has long been pointed out as a powerful tool to help in decision making processes. OR is specially useful in contexts such as wildfire suppression, in which decisions must be quick, given the urgency of the situation....
- español
La motivación para desarrollar este trabajo surge de la creciente preocupación con respecto a los incendios forestales. El cambio climático, los cambios de uso del suelo y el abandono de las áreas rurales propician eventos cada vez más peligrosos y devastadores.
Tradicionalmente, las decisiones tanto tácticas como operativas para la extinción de incendios forestales se ha basado en la experiencia de los expertos. Sin embargo, la Investigación Operativa (IO) se planteó ya en el siglo pasado como una potente herramienta para ayudar en la toma de decisiones. Ésta es especialmente de utilidad en contextos como la extinción de incendios forestales, donde se deben tomar decisiones de manera rápida, dada la urgencia de este tipo de situaciones.
El objetivo principal de esta tesis es avanzar en el desarrollo de modelos y metodologías de apoyo a la toma de decisiones para la gestión de recursos en la extinción de incendios forestales Para ello se parte desarrollando una exhaustiva revisión de literatura sobre Investigación Operativa aplicada a la extinción de incendios forestales. Se desarrolla un modelo inicial, que permite estudiar mejor la estructura del problema de extinción y explorar la posibilidad de resolverlo mediante métodos exactos. Se lleva también a cabo un estudio computacional, que compara además el desempeño de varios solvers comerciales. La estructura del problema sugiere el uso de modelos de rutas para definir el problema, ya que comparte características con el Orienteering Problem.
Se plantea entonces una segunda revisión del estado del arte en busca de una variante del Orienteering Problem que aborde adecuadamente el problema de extinción. No obstante, se constata que dicha variante no ha sido estudiada hasta el momento. Se plantea entonces el Team Orienteering Problem con Ventanas de Tiempo Variables (TOPVTW) como una versión novedosa del Orienteering Problem, con la peculiaridad de que las ventanas de tiempo pueden ser modificadas por los equipos, los cuales a su vez tienen que respetarlas. Se formulan varias variantes y modelos MIP que se usan para resolver una batería de instancias realistas con un optimizador comercial. Lamentablemente, los resultados demuestran que los tiempos de cálculo son demasiado largos.
Dada la urgencia de las decisiones durante la extinción de un incendio, se busca una metodología capaz de encontrar soluciones aceptables en un tiempo razonable. Para ello, se plantean varias heurísticas que se ponen a prueba con la batería de casos realistas. Se plantea también una matheurística que pretende combinar la rapidez de la heurística, con la exactitud de los modelos MIP.
En conclusión, el objetivo principal de la tesis ha sido cubierto mediante la descripción de un nuevo problema de rutas, adecuado para modelar procesos de propagación que deben ser frenados, optimizando las rutas necesarias para ello. En concreto, el Team Orienteering Problem con Ventanas de Tiempo Variables se ha usado para modelar el problema de gestión de recursos durante la extinción de incendios forestales. Esta formulación mejora las actuales, ya que incluye características realistas adicionales como la colaboración entre varios equipos, o la superposición de caminos. Sin embargo, los modelos MIP exactos planteados sólo son capaces de lidiar con instancias relativamente pequeñas; para casos de tamaño realista los tiempos de cálculo son demasiado grandes. Se plantea por ello una aproximación heurística inicial al problema. Si bien ésta mejora enormemente los tiempos de cálculo, los valores de las funciones objetivo no son del todo comparables.
Esta tesis abre una nueva línea de investigación en torno al problema teórico y a su aplicación, en la que explorará el problema y otras formulaciones, así como enfoques que permitan resolver casos reales o de tamaño real en tiempos más reducidos, apropiados para la urgencia en la toma de decisiones en la respuesta a un incendio forestal.
