Title Multicriteria Analysis and Visualization of Location-Allocation Problems

Tiivistelmä: Sijaintiongelmissa tehtävänä on sijoittaa optimaalinen määrä palvelupisteitä tarkasteltavalle alueelle sekä jakaa asiakkaat näihin palvelupisteisiin. Tarkasteltava sijaintialue voi myös koostua pienemmistä osa-alueista. Optimoinnin tavoitteena voi olla esimerkiksi kustannusten minimointi tai voiton maksimointi, ja optimointitehtävä voi myös sisältää erilaisia rajoituksia. Sijaintiongelmalla voi olla useita mahdollisia skenaarioita, jotka vastaavat esimerkiksi erityyppisiä budjettirajoitteita, kustannusfunktioita tai markkina-analyysejä. Tämän työn painopisteenä ovat sijaintiongelmat vähittäiskaupassa ja aihealueelta esitellään myös yksi havainnollistava esimerkki. Kun tavoitteena on löytää paras sijainti-allokaatiovaihtoehto, on välttämätöntä verrata erilaisille skenaarioille tuotettuja ratkaisuja. Tämä työn ensimmäinen tavoite on määritellä erityisesti vähittäiskaupan sijaintiongelmiin soveltuvia päätöskriteerejä. Ehdotettujen kriteerien joukossa on sekä taloudellisia että asiakasvirtoja ja palveluverkon ominaisuuksia luonnehtivia attribuutteja. Palvelupisteiden sijaintien ja asiakasvirtojen lisäksi sijaintiongelman ratkaisuille voidaan johtaa erilaisia lisäominaisuuksia, kuten esimerkiksi saavutettu markkinaosuus, palvelupisteiden etäisyys kilpailijoihin tai tyydyttämättömän kysynnän määrä. Myös määritellyt päätöskriteerit kuuluvat näihin johdettuihin ominaisuuksiin. Kun sijaintialue on jaettu osa-alueisiin, tarkasteltavat attribuutit saavat maantieteellisen ulottuvuuden. Vaihtoehtojen ominaisuuksien visualisointi on usein päätöksenteon kannalta tärkeää, ja siksi sopivien visualisointimenetelmien löytäminen on työn toinen päätavoite. Paikkatietojärjestelmiä voidaan käyttää avuksi visualisoidessa vähittäiskaupan sijaintiongelmien maantieteellisiä ominaisuuksia. Paikkatietojärjestelmien sisältämät työkalut eivät kuitenkaan ole riittäviä, kun tehtävänä on visualisoida samanaikaisesti useita monidimensioisia sijaintiratkaisuja. Ongelma voidaan kuitenkin osittain ratkaista tarkastelemalla vaihtoehtojoukon tilastollisia ominaisuuksia yksittäisten ratkaisujen sijasta. Toinen vaihtoehto on jakaa ratkaisujoukko esimerkiksi ryhmittelyanalyysin avulla osajoukkoihin, joiden ominaisuuksia voidaan verrata. Tämän lisäksi pääkomponenttianalyysi voi helpottaa visualisointia vähentämällä tarkasteltavien muuttujien määrää. Sivumäärä: 86 Avainsanat: sijaintiongelma, sijainti-allokaatio-ongelma, vähittäiskauppa, visualisointi, paikkatietojärjestelmä Täytetään osastolla Hyväksytty: Kirjasto:
HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Author: Emilia Suomalainen
ABSTRACT OF MASTER’S THESIS
Department: Department of Engineering Physics and Mathematics Major subject: Systems and Operations Research Minor subjects: Environmental Strategies and Technology Assessment, Reliability and Environment Title: Multicriteria Analysis and Visualization of Location-Allocation Problems Chair: Mat-2 Applied Mathematics Supervisor: Professor Ahti Salo Instructors: Ulrich Bartling, Dr. Angi Voss
TEKNILLINEN KORKEAKOULU Tekijä: Emilia Suomalainen Osasto: Teknillisen fysiikan ja matematiikan osasto Pääaine: Systeemi- ja operaatiotutkimus
DIPLOMITYÖN TIIVISTபைடு நூலகம்LMÄ
Sivuaineet: Ympäristöstrategiat ja teknologian arviointi, Reliability and Environment Työn nimi: Monitavoiteoptimointi ja visualisointi sijaintiongelmien ratkaisussa Title in English: Multicriteria Analysis and Visualization of Location-Allocation Problems Professuurin koodi ja nimi: Mat-2 Sovellettu matematiikka Työn valvoja: Professori Ahti Salo Työn ohjaajat: Ulrich Bartling, Dr. Angi Voss
Abstract: In a location-allocation problem (LAP), an optimal number of facilities has to be placed in an area of interest in order to satisfy the customer demand. The optimization objective can be, e.g., to minimize costs or to maximize profit and the situation can be characterized by various constraints. The total location area may also be divided into regions which have each their special characteristics. There are often several plausible scenarios for an LAP representing, for example, different budgets limitations, cost functions, or estimates for market growth. In this Thesis, the emphasis is on retail location-allocation problems and it is illustrated with a case study in retailing. When dealing with a large number of location-allocation solutions for various scenarios, it is necessary to examine which option is the best one according to specified criteria. The first objective of this Thesis is therefore to define decision criteria for retail applications. The proposed criteria include several monetary, facility related, and customer related attributes. Besides the facility locations and customer flows, location-allocation solutions are characterized by various derived properties, for example market share, distance to competitors, and the amount of unassigned demand. These derived properties also include the chosen decision criteria. When the total location area is composed of regions, these properties can be expressed for each region and thus have a spatial distribution. In decision support, it is often important to be able to visualize the solutions and their derived properties: finding suitable visualization techniques is also the second main objective of this Thesis. The visualization of geographic properties can be assisted by geographic information systems (GIS). However, existing tools of GIS software are not sufficient for the visualization of dozens of multi-dimensional location-allocation solutions. This problem can be circumvented either by concentrating on the statistical properties of the solution set instead of examining and comparing the options one by one, or by trying to classify the solutions into groups whose properties can then be more easily compared. The methods of cluster analysis and subgroup discovery could prove useful in grouping the solutions. Also, principal component analysis can be used to reduce the dimensions of the problem and to facilitate visualization. Number of pages: 86 Keywords: location-allocation, facility location, retail, visualization, geographic information system Department fills Approved: Library code: