Agriculture fleet vehicle routing: A decentralised and dynamic problem

To date, the research on agriculture vehicles in general and Agriculture Mobile Robots (AMRs) in particular has focused on a single vehicle (robot) and its agriculture-specific capabilities. Very little work has explored the coordination of fleets of such vehicles in the daily execution of farming tasks. This is especially the case when considering overall fleet performance, its efficiency and scalability in the context of highly automated agriculture vehicles that perform tasks throughout multiple fields potentially owned by different farmers and/or enterprises. The potential impact of automating AMR fleet coordination on commercial agriculture is immense. Major conglomerates with large and heterogeneous fleets of agriculture vehicles could operate on huge land areas without human operators to effect precision farming. In this paper, we propose the Agriculture Fleet Vehicle Routing Problem (AF-VRP) which, to the best of our knowledge, differs from any other version of the Vehicle Routing Problem studied so far. We focus on the dynamic and decentralised version of this problem applicable in environments involving multiple agriculture machinery and farm owners where concepts of fairness and equity must be considered. Such a problem combines three related problems: the dynamic assignment problem, the dynamic 3-index assignment problem and the capacitated arc routing problem. We review the state-of-the-art and categorise solution approaches as centralised, distributed and decentralised, based on the underlining decision-making context. Finally, we discuss open challenges in applying distributed and decentralised coordination approaches to this problem.

Determination of the molecular structure and (m,n) index assignment to the constituent walls of MWCNTs with undetermined diameters and chirality

Each carbon nanotube (CNT) has its own mathematical representation due to its hexagonal lattice structure. The subjects of research are multi-wall carbon nanotubes (MWCNTs) and determining their structural parameters: innermost and outermost diameters, chiral indices m and n, number of walls and their unit cell parameters. Within this paper low frequency region and corresponding high frequency parts of Raman spectra of three experimentally produced CNTs are considered, as well as use of Python programming for the most accurate (m,n) assignment. Determining the chirality of these samples enables calculation of other structural properties which are performed hereby. Furthermore, this author’s work enables future studies on the samples, as are calculation of different topological indices using the graph representation and the chirality of the studied CNT samples.

Implementation of Direct Indexing and 2-V Golomb Coding of Lattice Vectors for Image Compression

Indexing of code vectors is a most difficult task in lattice vector quantization. In this work we focus on the problem of efficient indexing and coding of indexes. Index assignment to the quantized lattice vectors is computed by direct indexing method, through which a vector can be represented by a scalar quantity which represents the index of that vector. This eliminates the need of calculating the prefix i.e. index of the radius ( R) or norm and suffix i.e. the index of the position of vector on the shell of radius R, also eliminates index assignment to the suffix based on lattice point enumeration or leader’s indexing . Two value golomb coding is used to enumerate indices of quantized lattice vectors. We use analytical means to emphasize the dominance of two value golomb code over one value golomb code. This method is applied to achieve image compression. Indexes of particular subband of test images like barbara, peppers and boat are coded using 2-value golomb coding (2-V GC) and compression ratio is calculated. We demonstrate the effectiveness of the 2-V GC while the input is scanned columnwise as compare to rowwise. Experimentally we also show that good compression ratio is achieved when only higher order bits of the indexes are encoded instead of complete bits

Evaluación De Métodos Indirectos Para Estimar Biomasa En Un Pastizal Natural Del Sur De Córdoba (Argentina Central)

To optimize grassland management, it is important to evaluate seasonal changes in quality and production according to the characteristics of the environment, allowing planning and rational use of resources. With the objective of finding estimators that fit the actual production of aerial biomass in natural pastures, it was proposed to estimate biomass with the average height of the pasture and by double sampling, by determination by direct weight estimation and by estimation with index assignment. For this purpose, a natural grassland located in the area of influence of the final section of the Chucul River Basin (La Felipa Natural Reserve) was surveyed. Periodically from April 2013 to March 2016, in ten samples taken with 0.25 m2 quadrants, the biomass was cut and weighed, and the height of the present species was measured. In the area surrounding each quadrant, 50 uncorrected visual observations were made by assigning indexes from 1 to 5 and values of estimated weight according to the amount of forage available. Then a correlation analysis was performed and linear regressions were determined between the parameters studied. Real biomass (BR) showed a significant correlation with biomass estimated by Weight (BEP) and biomass estimated by Index (BEI) (p≤0.05).

Integrated methods and systems for optimization and decision support

Η συγκεκριμένη διδακτορική διατριβή εντάσσεται στις ερευνητικές περιοχές της Συνδυαστικής Βελτιστοποίησης και των Συστημάτων Υποστήριξης Αποφάσεων. Δεδομένης της χρήσης μεθόδων βελτιστοποίησης στο χώρο της λήψης αποφάσεων, κίνητρο αυτής της έρευνας είναι η αντιμετώπιση υπαρχόντων προβλημάτων βελτιστοποίησης όχι μόνο από μία αλγοριθμική-μαθηματική σκοπιά, αποτέλεσμα της οποίας είναι μία αλγοριθμική μέθοδος ή ένα νέο μαθηματικό μοντέλο, αλλά και από τη χρήση των παραπάνω, μέσα από κάποιο πληροφοριακό σύστημα υποστήριξης αποφάσεων. Αποτέλεσμα μίας τέτοιας προσπάθειας αναμένεται να είναι κάποιος νέος αλγόριθμος βελτιστοποίσης, συμπεριλαμβανομένων των δεδομένων, των περιπτώσεων χρήσης και της αρχιτεκτονικής που απαιτούνται ως μέρος ενός ολοκληρωμένου συστήματος που θα έθετε σε εφαρμογή κάποιος χρήστης. Η διατριβή αρχικά παρουσιάζει το θεωρητικό υπόβαθρο και τις εφαρμογές τριών διαφορετικών προβλημάτων βελτιστοποίησης. Για το κάθε ένα παρουσιάζεται το μαθηματικό μοντέλο και μία μέθοδος βελτιστοποίησης ενώ για δύο από αυτά περιγράφεται η ανάλυση, ο σχεδιασμός και τα αποτελέσματα χρήσης ενός συστήματος υποστήριξης αποφάσεων που υλοποιήθηκε για αυτά. Τα βήματα της ανάλυσης και του σχεδιασμού περιλαμβάνουν τις περιπτώσεις χρήσης, το μοντέλο δεδομένων καθώς και την αρχιτεκτονική του κάθε συστήματος. Πιο αναλυτικά, τα προβλήματα αυτά είναι: Προγραμματισμός εργασιών παραγωγής λαμβάνοντας υπόψη ενεργειακά κριτήρια (Energy-aware production scheduling). Για το εν λόγω πρόβλημα παρουσιάζονται ένας μετα-ευρετικός αλγόριθμος (του οποίου ο σχεδιασμός και ανάπτυξη δεν αποτελούν μέρος της διατριβής) μαζί με τις απαιτήσεις χρηστών όπως συλλέχθηκαν από τη βιβλιογραφία και από το χώρο της παραγωγής υφασμάτων, μαζί με τα απαραίτητα δεδομένα και την αρχιτεκτονική του συστήματος που χρησιμοποιεί τον αλγόριθμο αυτό. Το τελικό σύστημα δοκιμάστηκε σε δύο διαφορετικά εργοστάσια παραγωγής υφασμάτων στην Ευρώπη και παρουσιάζονται τα οφέλη σε ενεργειακό κόστος από τη χρήση του συτήματος καθώς και η αξιολόγηση της χρηστικότητας ενός τέτοιου συστήματος.Πολυδιάστατη αντίστοιχιση (Multi-index assignment). Για το εν λόγω πρόβλημα παρουσιάζονται τέσσερις ακριβείς (exact) αλγόριθμοι που δεν υπάρχουν στην βιβλιογραφία, έξι υπάρχοντες ευρεστικοί αλγόριθμοι για μικτό ακέραιο προγραμματισμό (Mixed-Integer Programming) πάνω στους οποίους δοκιμάστηκαν 'επίπεδα αποκοπής' (cutting planes) οδηγώντας στην παραγωγή τριών νέων εκδόσεων των αλγορίθμων αυτών καθώς κι ένας ευρετικός αλγόριθμος που επίσης δεν υπάρχει στη βιβλιογραφία. Για κάθε έναν από αυτούς τους αλγορίθμους παρουσιάζονται πειραματικά αποτελέσματα. Δεδομένων των πολλαπλών εφαρμογών που έχει το πρόβλημα της πολυδιάστατης αντιτοίχισης και σε συνέχεια αυτής της έρευνας, παρουσιάζεται ένα σύστημα που περιλαμβάνει κάποιους από αυτούς τους αλγορίθμους, μαζί με τις περιπτώσεις χρήσης, το μοντέλο δεδομένων και την αρχιτεκτονική που χτίζουν ένα τέτοιο σύστημα υποστήριξης αποφάσεων.Πολυδιάστατο δυαδικό πρόβλημα σακιδίου (Multi-dimensional binary knapsack). Για το εν λόγω πρόβλημα δοκιμάστηκαν τρεις υπάρχουσες εκδόσεις ενός αλγορίθμου για μικτό ακέραιο προγραμματισμό (Mixed-Integer Programming) καθώς και μία συγκεκριμένη οικογένεια επιπέδων αποκοπής (cutting planes), ο συνδυασμός των οποίων δοκιμάστηκε πειραματικά. Τα αποτελέσματα αυτών των πειραμάτων οδήγησαν με τη σειρά τους στον σχεδιασμό ενός νέου ακριβή (exact) αλγορίθμου.