Scheduling and routing of chronic dialysis patients in the aftermath of a disaster

Abstract

Disasters have devastating effects on patients with chronic diseases who need regular treatments to preserve their health. In this thesis, we focus on developing effective, fast and joint solution methodologies to support the scheduling and routing decisions of chronic dialysis patients assigned to a dialysis center after a disaster. The problem involves determining whether a patient is served or transferred out of the dialysis center. The days, sessions and treatment types of patients for their visits must be assessed over the planning horizon. The vehicle routes must be constructed for each session. We formulate a multi-objective mathematical model in which the primary objective is to minimize the number of patients transferred. With their hierarchical order, the secondary objectives are minimizing the sum of the number of vehicles required each day, the number of short and normal treatments, and the total travel time. The secondary objectives increase the effectiveness of the solutions. The short treatment type is considered to decrease the number of patients transferred. Besides, visiting frequency of patients differs according to the treatment types provided. To solve this problem, we propose a constructive heuristic and two matheuristics. Within the heuristics, we apply various strategies to improve the solutions. A rapid approach for the matheuristics is proposed to obtain solutions in a shorter time. To evaluate the performance of heuristics, we provide several metrics and present insights on different problem characteristics. We perform a numerical study based on actual data of a dialysis center in Turkey. In the results, even if the same value of the primary objective is achieved under both matheuristics, in most instances, Matheuristic MO results in the best solutions. Our heuristics lead to effective solutions that can be applied in a post-disaster setting.Afetlerin, sağlıklarını korumak için düzenli tedavilere ihtiyaç duyan kronik hastalar üzerinde yıkıcı etkileri vardır. Bu çalışmada, bir afet sonrası diyaliz merkezine atanan kronik diyaliz hastalarının çizelgeleme ve rotalama kararlarını desteklemek için etkin, hızlı ve ortak çözüm metodolojileri geliştirilmektedir. Bu problem, bir hastaya servis yapılmasını veya diyaliz merkezinden transfer edilmesini belirlemeyi içerir. Planlama ufku süresince, hastaların ziyaret günleri, seansları ve tedavi yöntemi belirlenmelidir. Her seans için araç rotaları oluşturulmalıdır. Birincil amacın transfer edilen hasta sayısını en aza indirmek olduğu çok amaçlı bir matematiksel model formüle edilmiştir. Hiyerarşik sıralamalarına göre ikincil amaçlar, her gün gerekli araç sayısı toplamını, kısa ve normal tedavi sayısını ve toplam seyahat süresinin toplamını en aza indirmektir. İkincil amaçlar, çözümlerin etkinliğini arttırmaktadır. Kısa tedavi yöntemi transfer edilen hasta sayısını azaltmak için düşünülmektedir. Ayrıca hastaların ziyaret sıklığı uygulanan tedavi türlerine göre farklılık göstermektedir. Bu problemi çözmek için bir yapıcı sezgisel yöntem ve iki mat-sezgisel yöntem önerilmektedir. Sezgisel yöntemler içinde, çözümleri iyileştirmek için çeşitli stratejiler uygulanmaktadır. Mat-sezgisel yöntemlerle daha kısa sürede çözümler elde etmek için hızlı bir yaklaşım önerilmiştir. Sezgisel yöntemlerin performansını değerlendirmek için çeşitli performans göstergeleri sağlanmıştır ve farklı problem özelliklerine ilişkin içgörüler sunulmaktadır. Türkiye'deki bir diyaliz merkezinin gerçek verilerine dayalı sayısal bir çalışma yapılmıştır. Sonuçlarda, her iki mat-sezgisel yöntemde de birincil amaç için aynı değere ulaşılsa bile, çoğu durumda Mat-sezgisel MO yöntemi en iyi çözümleri vermiştir. Sezgisel yöntemlerimiz, afet sonrası ortamda uygulanabilecek etkili çözümler sunmaktadır.