A Framework to Enhance Resilience of Logistics with Intact and Disrupted Infrastructure: Integrated Routing, Interdependent Restoration, and UAV Coordination. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF 202114470_PhD_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 20 May 2027. Available under License Creative Commons Attribution. Download (35MB)

Arabic Abstract

تطوّر هذه الأطروحة نماذج دعم قرار قائمة على التحسين للوجستيات الطارئة واستعادة البنية التحتية بعد الكوارث، مع التركيز على ربط التوجيه، والاستعادة، والاعتماد المتبادل، وتقييم المرونة. ويتبع البحث برنامج نمذجة مرحلي يشمل: نموذجًا أساسيًا متكاملًا ثنائي المرحلة للمركبات الأرضية والطائرات بدون طيار، وامتدادًا مُراعيًا للاضطراب يدمج استعادة الشبكة بفرق العمل مع تقييم مسار التعافي، وثلاثة نماذج مترابطة لاستعادة القدرة والاتصالات (IPTR-I وIPTR-II وIPTR-III)، ثم مقارنة سياسات تنسيق الطائرات بدون طيار تحت بنية تحتية سليمة. ويجمع نهج الحل بين التحسين الخطي صحيح المزج وتصميم هدف معجمي ثنائي المرحلة. ولدعم القابلية للتوسع وتحليل السياسات، توظّف الدراسة أيضًا خوارزميات بحث Cross-Entropy (CE) وHybrid Cross-Entropy (HCE)، إلى جانب أسلوب ميتاهيوريستيك Fix-and-Optimize القائم على البحث التكراري في أحياء المشكلة. وتبيّن النتائج أن انخفاض الكلفة التشغيلية لا يعني بالضرورة تعافيًا أسرع أو جودة تراكمية أفضل للخدمة. وفي البيئات المترابطة، يتحول موضع الاختناق الحاكم بين بوابات الاتصال، وتوازي الطواقم، والوصول المقيد بالطرق. وفي تقييم سياسات الطائرات بدون طيار، يتغير ترتيب تفضيل السياسات باختلاف معيار الأداء؛ إذ يحقق الاقتران-فك الاقتران أفضل أداء تجميعي ومسار تعافٍ في الحالة المعيارية المختبرة، بينما يقدّم السرب الأساسي أداءً أفضل في العدالة وبعض مؤشرات الاستجابة المبكرة. وبصورة كلية، تقدّم الأطروحة إطارًا متكاملًا وقابلًا للتدقيق للتخطيط اللوجستي للكوارث القائم على المرونة.

English Abstract

This dissertation develops optimization-based decision-support models for emergency logistics and infrastructure recovery after disasters, with emphasis on linking routing, restoration, interdependence, and resilience evaluation. The study follows a staged modeling program: an integrated two-stage ground vehicle and UAV logistics baseline, a disruption-aware extension with work-crew restoration and recovery-trajectory evaluation, three interdependent power-telecom restoration formulations (IPTR-I, IPTR-II, and IPTR-III), and a policy comparison for UAV coordination under intact infrastructure. The solution approach combines exact mixed-integer linear optimization with lexicographic two-stage objective design. To support scalability and policy analysis, the dissertation also applies Cross-Entropy (CE) and Hybrid Cross-Entropy (HCE) search, together with a Fix-and-Optimize matheuristic. Results show that lower operational cost does not necessarily imply faster recovery or better cumulative service quality. In interdependent settings, the binding bottleneck shifts across communication gating, crew parallelism, and road-constrained access. In UAV policy evaluation, policy ranking depends on the metric: coupling-decoupling gives the strongest aggregate objective and recovery trajectory on the benchmark, while basic swarm yields stronger equity and some early-response indicators. Overall, the dissertation provides an integrated and auditable framework for resilience-oriented disaster logistics planning.