Methods for Bathymetry Informed Planning of Archipelago Transport Systems

• Archipelagos are rural regions characterized by their distinct geo-graphic layouts with many separated island communities. Water bodies hinder access to community services and make a well-functioning ferry-based public transport system the only feasible means of mass transportation. Both between islands and to connect to the mainland. Maritime environments provide great routing flexibility. However, outdated or imprecise nautical charts can hinder the safe use of such possibilities in commercial traffic. This thesis develops methods for strategic planning of archipelago transportation systems, enabling the valuation of novel fairways. Contributions are made to the fields of applied optimization and statistical modeling of spatial data considering the distinct features of archipelago environments. To improve the inference of fairways, a data fusion model for combining traditional bathymetric data and ship trajectory data from the automatic identification system (AIS) for depth inference is developed. It utilizes probabilistic modeling and survival analysis for spatial interpolation of the two qualitatively different sources of information. To handle the large amounts of automatic identification system (AIS) data and the non-stationarity cause by holes (islands) in the model region, a discretized mesh approach is used. In the second step an optimization model for joint network design and scheduling of ferry public transport, with the capability of evaluating currently unavailable fairways with opening costs. In this study, characteristic features of archipelago ferry networks are identified. These features are then expressed using a modified vehicle routing model with multiple trips. Results show that factors such as traffic requirements, operating costs and fleet composition has a large impact on the value of a fairway. In summary, the thesis develops methods for inferring novel fairways using the alternate source of information provided by ship trajectory data. To evaluate such fairways, an optimization model for assessing their scheduling value in ferry based public transport systems is developed. 

• Skärgårdar utgör landsbygdsområden kännetecknade av sina särskilda geografiska förutsättningar. Vatten separerar ösamhällen och utgör fysiska begränsningar som påverkar tillgången till samhällstjänster. De gör ett väl fungerande vattenburet kollektivtrafiksystem centralt för att möjliggöra god tillgänglighet både mellan öarna och till fastlandet för alla invånare. Marina miljöer erbjuder vidare stor flexibilitet i ruttplaneringen. Däremot kan föråldrade eller oprecisa sjökort hindra säker användning av sådana möjligheter i kommersiell trafik.Denna avhandling utvecklar metoder för att förbättra den strategiska planering av skärgårdars transportsystem och möjliggöra värdering av nya farleder. Bidrag görs inom tillämpad optimering och rumslig statistisk modellering som tar hänsyn till de särskilda egenskaperna skärgårdsmiljöer besitter.För att förbättra skattningen av farleder utvecklas en datafusionsmodell som kombinerar traditionella djupdata med fartygstrajektorier från Automatic Identification System (AIS). Probabilistisk modellering och överlevnadsanalys används för rumslig interpolering av de två kvalitativt olika informationskällorna. För att hantera de stora datamängderna i AIS-datat och icke-stationäriteten som introduceras av hål (öar) i studieområdet används en diskretiserad modelleringsansats.I det andra steget utvecklas en optimeringsmodell för kombinerad nätverksdesign och schemaläggning av färjetrafiken. Modellen, som baseras på en modifierad ruttplaneringsmodell med flera resor, inkluderar många av de karakteristiska drag för skärgårdstrafik som identifierats och erbjuder möjlighet att utvärdera för närvarande otillgängliga korridorer med fasta öppningskostnader. Resultaten visar att faktorer såsom trafikeringskrav, driftskostnader och fordonsflottans sammansättning bör tas i beaktande vid värdering av nya farleder.Sammanfattningsvis pekar avhandlingen på hur förbättrad djupinformation kan hjälpa till att härleda möjliga transportkorridorer som inte finns med i sjökorten. Den presenterar vidare en metod för inferens av sådanna farleder baserad på faktiska fartygstrajektorier och utvecklar i nästa steg en optimeringsmodell som i ett helhetsgrepp bedömer deras värde i kollektivtrafiksystemet.  

Ämnesord

TEKNIK OCH TEKNOLOGIER  -- Samhällsbyggnadsteknik (hsv//swe)

ENGINEERING AND TECHNOLOGY  -- Civil Engineering (hsv//eng)

Publikations- och innehållstyp

vet (ämneskategori)

lic (ämneskategori)