A heuristic algorithm for the Capacitated Vehicle Routing Problem with Synchronized Pick-ups and Drop-offs : a case study for medications delivery and supervision in DR Congo

Abstract

Dans des contextes de post-urgence tels que le vit la partie occidentale de la République Démocratique du Congo (RDC), l’un des défis cruciaux auxquels font face les hôpitaux ruraux est de maintenir un niveau de médicaments essentiels dans la pharmacie. Sans ces médicaments pour traiter les maladies graves, l’impact sur la santé de la population est significatif. Les hôpitaux encourent également des pertes financières dues à la péremption lorsque trop de médicaments sont commandés. De plus, les coûts du transport des médicaments ainsi que du superviseur sont très élevés pour les hôpitaux isolés ; les coûts du transport peuvent à eux seuls dépasser ceux des médicaments. En utilisant la province du Bandundu, RDC pour une étude de cas, notre recherche tente de déterminer la faisabilité (en termes et de la complexité du problème et des économies potentielles) d’un problème de routage synchronisé pour la livraison de médicaments et pour les visites de supervision. Nous proposons une formulation du problème de tournées de véhicules avec capacité limitée qui gère plusieurs exigences nouvelles, soit la synchronisation des activités, la préséance et deux fréquences d’activités. Nous mettons en œuvre une heuristique « cluster first, route second » avec une base de données géospatiales qui permet de résoudre le problème. Nous présentons également un outil Internet qui permet de visualiser les solutions sur des cartes. Les résultats préliminaires de notre étude suggèrent qu’une solution synchronisée pourrait offrir la possibilité aux hôpitaux ruraux d’augmenter l’accessibilité des services médicaux aux populations rurales avec une augmentation modique du coût de transport actuel.

In post-emergency contexts such as in Western Democratic Republic of the Congo, also known as DR Congo, one of the crucial challenges that rural hospitals face is maintaining a pharmacy with essential medications and supplies. There is significant negative humanitarian impact when hospitals do not have essential medications for treatable life-threatening diseases; hospitals also incur financial losses when too much medication is ordered and it expires. Moreover, the cost of transporting medications and providing onsite supervision to remote hospitals is an extremely expensive endeavour. In some cases the transportation costs alone can surpass the cost of the medications. Using the province of Bandundu, DR Congo as a case study, we attempt to determine the feasibility (in terms of both problem complexity and potential savings) of a synchronized routing problem for medication delivery and on-site supervision visits. We propose a Capacitated Vehicle Routing Problem formulation that handles several novel requirements including activity-wise synchronization, precedence, and two activity frequencies. We implement a novel cluster-first, route-second heuristic with a geospatially-enabled database to solve the problem. We also present a Web-based tool to visualize the solutions in a map. The preliminary results of the research suggest that a synchronized solution could allow rural hospitals to increase the accessibility of medical services to rural populations with only a modest increase in transportation costs.