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Modèle multi-agents d'aide à la décision pour la gestion des services préhospitaliers d'urgence

Chennaoui, Adil (2015). Modèle multi-agents d'aide à la décision pour la gestion des services préhospitaliers d'urgence. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

La nécessité de mieux comprendre et maîtriser la complexité des systèmes d’information exige le développement de nouvelles méthodes de modélisation et de résolution de problèmes. Ce travail de recherche s’intéresse à la conception et la modélisation d’un système d’aide à la décision dans lequel le savoir et les compétences de l’expert permettent d’analyser et de proposer de nouveaux modèles multi-agents. Le développement d’un tel modèle relève un certain nombre de difficultés de conception, liés notamment à l’efficience et l’efficacité du processus de calcul et de résolution du problème, auxquels on apporte des éléments de solution.

Beaucoup de systèmes complexes se caractérisent par des dynamiques non linéaires, désordonnées et aléatoires, en résumé compliquées dans le sens où leur assimilation demande du temps et du talent. Les méthodes mathématiques classiques (équations différentielles, modèles probabilistes, etc.) peuvent s’avérer inappropriées pour modéliser de tels systèmes dans lesquels l’interaction occupe un rôle très important. La modélisation à base d’agents réactifs est l’une des techniques de modélisation microscopique les plus répandues. Pourquoi choisir une modélisation orientée agent plutôt qu’un autre méta-modèle de modélisation? Premièrement, le modèle agent est très riche. Il aide ainsi le concepteur à schématiser facilement des processus qualitatifs et quantitatifs et permet d’interagir des entités hétérogènes aux architectures diverses. Pourtant, la raison principale est souvent liée à la vocation de modélisation : bien appréhender la relation entre actions/comportements individuels et action/comportement collectif.

Ce travail est mené principalement dans un cadre applicatif lié au problème de planification et de gestion des services préhospitaliers d’urgence (SPU). En effet, on trouve un ensemble de recherches qui traitent le sujet de la gestion et de la planification des SPU. Chaque travail de recherche traite une problématique bien spécifique de ce domaine, soit la confection des horaires des ambulanciers, soit la gestion de la demande en services préhospitaliers, ou la gestion des véhicules/ambulances, etc.

Cette thèse s’intéresse à la problématique de planification des services préhospitaliers d’urgence afin de mieux répondre à la demande de service et par conséquence diminuer le temps-réponse des ambulanciers. Elle adopte une approche de résolution globale et intégrée. Elle vise la proposition d’un modèle sous forme de différentes composantes d’aide à la décision. Elle intègre des techniques d’optimisation touchant à la fois la planification des horaires, la gestion des remplacements, la gestion de la flotte de véhicules, la gestion de la capacité des dépôts, la couverture de la demande et la gestion des événements spéciaux. Le modèle proposé est basé sur une architecture multi-agents et permet de répondre aux contraintes et aux aléas survenus lors de la planification des SPU.

Le travail réalisé dans le cadre de cette thèse est articulé autour de trois articles suivants :

• « Integrated and global approach (IGAP) based on multi-agent systems for the management of prehospital emergency services », soumis à Computers & Industrial Engineering de Elsevier. Cet article présente une introduction aux systèmes multiagents appliqués aux SPU et propose une nouvelle approche globale et intégrée pour sa résolution appelée IGAP.

• « Scheduling Model for Prehospital Emergency Services », soumis à l’European Journal of Operational Research de Elsevier. Cet article traite le problème de confection d’horaires des techniciens ambulanciers. Notre contribution réside dans la proposition d’un modèle mathématique appelé « set covering » qui résout un problème de couverture intégré dans un nouveau système suffisamment flexible de confection d’horaires.

• « Multi-Agent Decision-Making Support Model for the Management of Prehospital Emergency Services », publié dans International Journal of Machine Learning and Computing, de IACSIT. Cet article porte sur le thème de la modélisation et de l’aide à la décision dans le cadre des systèmes complexes dont on propose une architecture à base d’agents d’aide à la décision dédiée à la gestion des services préhospitaliers d’urgence.

Titre traduit

Multi-agents decision-making support model for the management of prehospital emergency services

Résumé anglais

The need for a better understanding and good control of the growing complexity of information systems requires the development of new methods of modeling and problemsolving. In this research study, we are interested in the design and modeling of a decision support system in which the knowledge and skills of the expert enables the analysis and proposing of new multi-agent models. The development of such a model identifies a number of design challenges, linked in particular to the efficiency and effectiveness of the calculation process of the solution.

Many complex systems are characterized by non-linear dynamics, both disordered and random; in summary, complicated in the sense that their assimilation requires time and talent. Traditional mathematical methods (differential equations, probability models, etc.) may be inappropriate for the modeling of such systems, in which interaction plays a very important role. Modeling based reactive agents is one of the most prevalent microscopic modeling techniques. Why choose an agent-oriented modeling rather than another modeling metamodel? First, the agent model is very rich. It helps to easily schematize qualitative and quantitative processes and allows for interacting heterogeneous entities in various architectures. However, the main reason is often related to the modeling vocation: to fully understand the relationship between an individual and a collective action/behavior.

This work is undertaken primarily in an application context related to the problem of the planning and management of prehospital emergency services (PES). Indeed, there is a series of research efforts that address the topic of the management and planning of PES. Each research work addresses a very specific problem in the field, such as scheduling paramedics, managing demand, or the management of vehicles/ambulances, etc.

This thesis focuses on the planning problem of PES to reduce the response time of paramedics. It adopts a global and integrated resolution approach. It proposes a model in the form of various components of decision support. It incorporates optimization technologies that involve paramedics scheduling, managing staff replacements, managing vehicle fleets, the management of deposits capacity, coverage of demand, and management of special events. The proposed model is based on a multi-agent architecture and can meet the constraints and unforeseen events encountered in the planning of PES.

This thesis is structured around the following three papers:

• "Integrated and global approach (IGAP) based on multi-agent systems for the management of prehospital emergency services", submitted to Computers & Industrial Engineering of Elsevier. This paper presents an overview of multi-agent systems applied to prehospital emergency services and proposes a new global and integrated approach for its resolution called IGAP.

• "Scheduling System for Prehospital Emergency Services", submitted to the European Journal of Operational Research of Elsevier. This article addresses the problem of paramedics scheduling. Our contribution is the proposal of a mathematical model that solves a coverage problem integrated in a new system of scheduling that is sufficiently flexible.

• "Multi-Agent Decision-Making Support Model for the Management of Prehospital Emergency Services", published in the International Journal of Machine Learning and Computing of IACSIT. This article focuses on the topic of modeling and decision support in the context of complex systems and proposes architecture based agents for the planning and management of prehospital emergency services.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thèse par articles présentée à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention du doctorat en génie". Bibliographie : pages 217-230.
Mots-clés libres: Systèmes d'aide à la décision Modèles mathématiques. Systèmes d'aide à la décision. Conception. Systèmes multiagents (Intelligence artificielle) Services des urgences médicales Technologie de l'information. Services des urgences médicales Gestion. planification, système multi-agents, optimisation, services préhospitaliers d’urgence, programmation linéaire, couverture par ensembles
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Paquet, Marc
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 15 sept. 2015 16:27
Dernière modification: 15 sept. 2015 16:27
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1503

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