optimización de las operaciones en el servicio logístico

29
1 Optimización de las Operaciones en el Servicio Logístico de Ambulancias: Localización, Despacho y Relocalización. S. Santa*, N. Velasco a , C. Amaya b Departamento de Ingeniería Industrial, Universidad de los Andes, Bogotá, Colombia * Estudiante de Maestría del Departamento de Ingeniería Industrial, Universidad de los Andes, Bogotá, Colombia a,b Profesor Asistente del Departamento de Ingeniería Industrial, Universidad de los Andes, Bogotá, Colombia Resumen: La logística del servicio de ambulancias involucra la solución de problemas que van desde un nivel estratégico como la localización de ambulancias, hasta un nivel operacional como el despacho de las mismas ante un incidente y la posible relocalización para lograr un mejor alistamiento en futuros incidentes. Existen medidas de desempeño que permiten evaluar si las decisiones tomadas en esos procesos estratégicos y operacionales son correctas, por lo que se define la preparación como un indicador que permite definir qué tan bien está preparada una ciudad para responder de manera eficiente ante incidentes que se presenten. En este trabajo se presenta la definición del índice de preparación, un algoritmo genético que permite localizar las ambulancias en la ciudad teniendo en cuenta dicho índice, un algoritmo de despacho para definir qué ambulancias deben atender los incidentes y finalmente un modelo matemático que permite decidir una posible relocalización de ambulancias para mejorar la preparación que pudo ser afectada luego de realizarse el despacho. La metodología propuesta es probada en instancias a escala de la ciudad de Bogotá que varían de acuerdo al número de puntos de demanda. Palabras claves: Servicios de emergencia médica, ambulancia, localización, relocalización, modelo dinámico. Keywords: Emergency Medical Services, Ambulance, Location, Dispatch, Reallocation dynamic model. 1. INTRODUCCIÓN La atención médica es un derecho fundamental de cualquier ser humano. En las ciudades, la red de atención de salud incluye actividades de atención pre-hospitalaria que se encargan de asistir al paciente en la estabilización de sus signos vitales, definición de la conducta médica pertinente y traslado a una institución prestadora del servicio de salud de ser necesario [1]. En el sistema de atención pre-hospitalaria se encuentra el servicio de ambulancia el cual es una de las principales herramientas del gobierno para apoyar situaciones de urgencias, emergencias y desastres. El servicio de ambulancias es la atención médica fuera-del-hospital de una persona incluyendo posible transporte [17]. En el afán de mejorar y fortalecer el servicio de emergencia médica y transporte de pacientes, el sistema de ambulancias presenta la oportunidad desde el punto de vista logístico [2], de

Upload: others

Post on 02-Jul-2022

3 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Optimización de las Operaciones en el Servicio Logístico

1

Optimización de las Operaciones en el Servicio Logístico de Ambulancias: Localización,

Despacho y Relocalización.

S. Santa*, N. Velascoa, C. Amayab

Departamento de Ingeniería Industrial, Universidad de los Andes, Bogotá, Colombia

* Estudiante de Maestría del Departamento de Ingeniería Industrial, Universidad de los Andes,

Bogotá, Colombia a,b

Profesor Asistente del Departamento de Ingeniería Industrial, Universidad de los Andes,

Bogotá, Colombia

Resumen: La logística del servicio de ambulancias involucra la solución de problemas que van

desde un nivel estratégico como la localización de ambulancias, hasta un nivel operacional

como el despacho de las mismas ante un incidente y la posible relocalización para lograr un

mejor alistamiento en futuros incidentes. Existen medidas de desempeño que permiten

evaluar si las decisiones tomadas en esos procesos estratégicos y operacionales son correctas,

por lo que se define la preparación como un indicador que permite definir qué tan bien está

preparada una ciudad para responder de manera eficiente ante incidentes que se presenten.

En este trabajo se presenta la definición del índice de preparación, un algoritmo genético que

permite localizar las ambulancias en la ciudad teniendo en cuenta dicho índice, un algoritmo

de despacho para definir qué ambulancias deben atender los incidentes y finalmente un

modelo matemático que permite decidir una posible relocalización de ambulancias para

mejorar la preparación que pudo ser afectada luego de realizarse el despacho. La metodología

propuesta es probada en instancias a escala de la ciudad de Bogotá que varían de acuerdo al

número de puntos de demanda.

Palabras claves: Servicios de emergencia médica, ambulancia, localización, relocalización,

modelo dinámico.

Keywords: Emergency Medical Services, Ambulance, Location, Dispatch, Reallocation dynamic

model.

1. INTRODUCCIÓN

La atención médica es un derecho fundamental de cualquier ser humano. En las ciudades, la

red de atención de salud incluye actividades de atención pre-hospitalaria que se encargan de

asistir al paciente en la estabilización de sus signos vitales, definición de la conducta médica

pertinente y traslado a una institución prestadora del servicio de salud de ser necesario [1]. En

el sistema de atención pre-hospitalaria se encuentra el servicio de ambulancia el cual es una

de las principales herramientas del gobierno para apoyar situaciones de urgencias,

emergencias y desastres. El servicio de ambulancias es la atención médica fuera-del-hospital

de una persona incluyendo posible transporte [17].

En el afán de mejorar y fortalecer el servicio de emergencia médica y transporte de pacientes,

el sistema de ambulancias presenta la oportunidad desde el punto de vista logístico [2], de

Page 2: Optimización de las Operaciones en el Servicio Logístico

2

obtener diferentes beneficios tales como reducir el tiempo de respuesta, el costo de operación,

mejorar la utilización de la información, entre otros [21]. El sistema logístico de ambulancias

comprende tópicos neurálgicos que van desde un nivel estratégico hasta un nivel operacional

como se muestra en la Figura 1. La solución de problemas a nivel estratégico permite tomar

decisiones sobre la planeación del servicio y se evalúan temas como el diseño de rutas y la

localización de ambulancias en diferentes puntos de la ciudad. Por el contrario, resolver

problemas operacionales, logra un proceso eficiente en problemas como la asignación de

ambulancias según los incidentes ocurridos y la relocalización de las mismas.

Figura 1. Problemas estratégicos y operacionales de la logística de ambulancias

Las estrategias del Sistema Logístico de Ambulancias trazan parámetros para definir rutas de

acción de manera global y no contempla los cambios que ocurren en diversos factores a lo

largo del día, semana o períodos de tiempo específico. La localización – de tipo estratégico -

contempla encontrar puntos base en los cuales las ambulancias son ubicadas en un momento

del día teniendo en cuenta medidas que evalúan el desempeño de la decisión. Las tácticas

desde el punto de vista operacional se encaminan a encontrar soluciones dinámicas que se

adaptan fácilmente ante modificaciones en las características del entorno. La relocalización,

por ejemplo, permite evaluar si algunas ambulancias que no fueron asignadas a incidentes

deberían realizar un cambio de base con el objetivo de tener tiempos de respuesta menores y

aumentar la cobertura de demanda que pudo haberse visto afectada por la salida de

ambulancias durante el proceso de asignación.

La logística de ambulancias es relevante y sus decisiones son de alto impacto ya que por

ejemplo ciudades como Bogotá, cuentan con Centros Reguladores de Urgencias y Emergencias

(CRUE) para coordinar la atención y resolución de estas situaciones y buscar la promoción,

prevención, investigación, educación y desarrollo del talento humano para optimizar la

prestación del servicio [3]. Actualmente, en la ciudad de Bogotá el CRUE atiende

mensualmente 16.000 casos aproximadamente en los cuales se debe realizar un despacho de

ambulancia al lugar de la emergencia. Según Huertas [4], la asignación y despacho de

ambulancias se realiza evaluando la importancia del incidente y las ambulancias más cercanas

al lugar del incidente por una persona encargada en el momento de registro de la llamada.

El tiempo base de respuesta de una ambulancia es de 15 minutos [5] hasta el lugar del

incidente, pero según el Plan de Desarrollo de Gobierno 2008-2012 de Bogotá, este tiempo

debe reducirse en 5 minutos para así fortalecer el sistema de red de urgencias de la ciudad [5].

Page 3: Optimización de las Operaciones en el Servicio Logístico

3

En el 90% de los casos de despacho de ambulancia, el tiempo de arribo es de 26,65 minutos lo

que sugiere la necesidad de hacer cambios en la utilización y aprovechamiento de los recursos.

La localización ha sido un tema ampliamente estudiado en la literatura. Diferentes autores han

desarrollado modelos definidos para sistemas donde se tienen ambulancias homogéneas

[9,14,22,23,24], así como modelos probabilísticos que pueden estimar la fracción de ocupación

de una ambulancia [25,26,27,28] han permitido encontrar soluciones eficientes –número de

ambulancias necesitadas, puntos de localización- para el sistema logístico de ambulancias y

atención de pacientes. Los modelos encontrados en la literatura tienen una característica en

común: lo estático. Debido a que la respuesta es vital en situaciones de emergencia, se hace

necesario entender que los modelos dinámicos que contemplen la localización continua

pueden ser una salida para asegurar una cobertura adecuada y un tiempo de respuesta rápido

[30]. La relocalización, se convierte entonces, en una estrategia interesante a evaluar para

optimizar la toma de decisiones operacionales a este respecto.

La investigación en relocalización de ambulancias no es muy amplia. Los modelos propuestos

para abordar tal problema se dividen en tres clases [16]. La primera clase, descrita por

Brotcorne et al. [6], son modelos que resuelven el problema de relocalización cada vez que una

ambulancia es ocupada por un incidente. En esta clase se encuentra el modelo de Gendreau et

al. [8] y Céspedes et al. [10]. La función objetivo de este tipo de problemas establece la

cobertura que se espera tener y los costos asociados a la relocalización de ambulancias como

una penalización. La segunda clase incluye realizar una fase preparatoria off-line para

encontrar localidades óptimas dependiendo del número de ambulancias disponibles. En esta

clase se encuentra el trabajo de investigación de Gendreau et al. [7] e Ingolfsson [15]. La

decisión de cuántas ambulancias y en dónde son ubicadas es en últimas del despachador. La

tercera clase son modelos que capturan la aleatoriedad del sistema mediante formulaciones

ya sean exactas o heurísticas. Dentro de los modelos aproximados se encuentra el trabajo de

Maxwell et al. [16], el cual captura la aleatoriedad de manera dinámica pero al ser aproximado

es capaz de aceptar grandes tamaños de problemas. El objetivo de este modelo es disminuir la

cantidad de llamadas perdidas durante el horizonte de tiempo restante. Dentro de las

formulaciones heurísticas encontramos Andersson [2], Andersson et al. [17] y Rajagopalan et

al. [12]. En los modelos propuestos por [2] y [17], se tiene una medición cualitativa que evalúa

el impacto de las decisiones en el futuro del sistema. Esta medición es llamada preparación. La

función objetivo de estos modelos es minimizar el tiempo de viaje de las ambulancias que

deben relocalizarse. El modelo propuesto por Rajagopalan et al. [12] es un modelo

multiperíodo que incorpora un nivel mínimo de confiabilidad requerida y esperada en un

tiempo específico. El objetivo es minimizar el número de ambulancias relocalizadas en el

sistema.

Algunos investigadores han utilizado metaheurísticas como técnicas de solución para resolver

problemas de localización y relocalización. Gendreau et al. [8]-[9] hacen uso de búsqueda tabú

para resolver modelos de localización y relocalización. En Gendreau et al. [8] se muestra que el

utilizar un algoritmo de búsqueda tabú paralela permite encontrar estrategias de

relocalización en el 95% de los casos. Así mismo se obtuvieron respuestas al 2% de la solución

óptima. En Gendreau et al. [9], la metaheurística tabú permite encontrar soluciones en

tiempos computacionales eficientes. En Rajagopalan et al. [11] se utiliza en la primera fase una

Page 4: Optimización de las Operaciones en el Servicio Logístico

4

búsqueda tabú reactiva que maximiza la cobertura global del sistema y en la segunda fase

utilizan un algoritmo greedy para minimizar distancias de respuesta. En Iannoni et al. [29], se

utiliza una extensión del modelo del hipercubo con algoritmos genéticos para optimizar la

configuración y operación de ambulancias en autopistas encontrando soluciones en un nivel

estratégico. En Rajagopalan et al. [13], se hace una comparación entre diferentes

metaheurísticas para un modelo probabilístico de localización donde como resultado se

obtiene que un algoritmo de evolución tiene mejor desempeño en tiempo y solución con

respecto a la búsqueda tabú, recocido simulado y escala de montaña.

Tabla 1. Clasificación de los modelos según su caracterización para la relocalización

Primera clase: Programación

con penalización

Segunda clase: Fase

preparatoria

Tercera clase:

Aleatoriedad

Gendreau et al. [8] Gendreau et al. [7] Andersson [2]

Céspedes et al. [10] Ingolfsson [15] Andersson et al. [17]

Rajagopalan et al. [12]

Maxwell et al. [16]

En este trabajo, se extiende la investigación realizada por Andersson et al. [17] y [18].

Inicialmente se redefine una medida de desempeño denominada preparación para incluir más

variables como el tipo de enfermedad, el tipo de ambulancia y puntos de demanda específicos.

Mediante un algoritmo genético se realizará la localización de ambulancias teniendo en cuenta

que se desea localizar la totalidad de la flota de ambulancias en puntos de localización

previamente definidos para ese fin. El objetivo es maximizar el mínimo índice de preparación

para cada localidad y garantizar un porcentaje de cobertura de la demanda.

Luego que se ha definido en qué lugares deben estar ubicadas las ambulancias, se resuelve el

problema de asignación de ambulancias. Para esto, se generan incidentes aleatorios en los

puntos de demanda y mediante un algoritmo de despacho que tiene en cuenta el tipo de

enfermedad, el tiempo de desplazamiento de las ambulancias hasta el punto de demanda, el

tipo de ambulancia y la preparación de las localidades, se determina qué ambulancia debe ser

asignada al incidente.

Cuando ya se han asignado las ambulancias que deben atender los incidentes, la preparación

de la ciudad pudo ser afectada por la salida del sistema de dichas ambulancias; por lo tanto, se

debe evaluar si se realiza una relocalización de algunas ambulancias con el objetivo de volver a

aumentar la preparación de la ciudad. Para encontrar solución a este problema se propone un

modelo matemático que tiene en cuenta todas las condiciones técnicas del problema y el cual

es resuelto a optimalidad con bajos tiempos computacionales, lo cual es crucial para un

problema en el que la decisión debe ser tomada rápidamente.

Este documento está organizado de la siguiente forma: la sección 2 presenta la descripción del

problema de localización, despacho y relocalización de ambulancias, el índice de desempeño

llamado preparación y se enuncian los supuestos e información importante para el desarrollo

de este estudio. La sección 3 describe el algoritmo genético que resuelve el problema de

localización el cual tiene en cuenta la preparación y la cobertura de la demanda. Además, se

Page 5: Optimización de las Operaciones en el Servicio Logístico

5

presenta el algoritmo de despacho utilizado para asignar las ambulancias a los incidentes y la

formulación matemática que modela el problema de relocalización y el método de solución

propuesto. La sección 4 ilustra computacionalmente la metodología de solución en un

conjunto de instancias a escala de una ciudad. Finalmente, la sección 5 presenta las

conclusiones y las perspectivas del trabajo futuro.

2. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

En el sistema de servicio de ambulancias se considera una ciudad que ha sido dividida en N

zonas llamadas localidades. Las localidades a su vez poseen diferentes puntos de

concentración de población llamados puntos de demanda donde pueden ocurrir incidentes.

Los incidentes también se encuentran agrupados según la prioridad de la patología [30].

Considere también una flota de ambulancias disponibles para la ciudad que no son

homogéneas ya que se tienen en cuenta tipos de ambulancias y su adecuación para atender

cierto tipo de prioridades.

Las ambulancias disponibles para atender emergencias pueden ser ubicadas en diferentes

puntos de localización repartidos en la ciudad llamados bases. Cada base posee la capacidad

de albergar un número específico de ambulancias. La ambulancia que ocupe una base tiene la

capacidad para atender un incidente que se encuentre dentro de su alcance. El alcance es el

tiempo de viaje requerido por la ambulancia para llegar desde la base donde se encuentra

ubicada hasta el lugar del incidente.

Antes de definir formalmente el problema de localización, despacho y relocalización es

necesario definir las medidas de desempeño que determinan la solución de dichos problemas:

la preparación y la cobertura.

2.1. Preparación

Los índices de desempeño permiten a los administradores y operadores entender cómo el

sistema logístico de ambulancias se está comportando o se comporta en cierto momento del

día. Las ambulancias al ser un servicio de urgencias y emergencias, que usualmente son

situaciones imprevistas, deben estar disponibles a toda hora del día. La disponibilidad de las

ambulancias se traslada a la capacidad que tenga la ambulancia de atender una situación en

un tiempo de respuesta razonable.

La preparación entra entonces, a hacer parte de este conjunto de índices que permiten evaluar

el desempeño del servicio de ambulancias. La preparación, según Andersson et al. [20], se

refiere a la capacidad de ofrecer atención pre-hospitalaria de ambulancia dentro de un tiempo

razonable, a los habitantes de un área geográfica específica. La preparación se halla por cada

zona, para este estudio localidad, obteniendo un valor que indica qué tan preparada se

encuentra ante cualquier situación de emergencia.

A diferencia del índice de preparación definido por Andersson et al. [20], en este trabajo se

tienen en cuenta para el cálculo de la preparación más variables como el tipo de enfermedad,

el tipo de ambulancia, el número de ambulancias que pueden llegar a los puntos de demanda

de cierta localidad dentro de un tiempo específico y el número esperado de ambulancias en la

localidad.

Page 6: Optimización de las Operaciones en el Servicio Logístico

6

Para calcular el índice de preparación se deben calcular los tiempos de viaje entre las bases y

los puntos de demanda que pertenecen a la localidad, ya que los puntos de demanda que

pertenecen a una localidad son los únicos que contribuyen a su preparación. Además, la

preparación depende de la población concentrada en los puntos de demanda de la localidad, y

estos a su vez podrían variar en un horizonte de tiempo definido. Por ejemplo, en localidades

que concentran puntos de demanda que son centros laborales, la concentración de población

no es la misma a lo largo del día. Para este estudio se supone de forma general que la

población no varía en los puntos de demanda.

Se consideran demandas asociadas al tipo de incidente que se presente. Estas demandas

varían dependiendo de la probabilidad de ocurrencia del incidente (o tipo de enfermedad), los

casos totales que presenta la localidad y la cantidad de población en cada punto de demanda

en la localidad. De igual forma, para ajustar el cálculo de la preparación se considera que no

todas las ambulancias tienen igual alistamiento para atender cualquier tipo de patología.

Pueden existir ambulancias especializadas en cierto tipo de enfermedades por lo tanto la

contribución que tiene una ambulancia frente a un incidente no es la misma para todos los

casos.

De acuerdo a lo descrito con anterioridad es necesario entender algunas consideraciones y

supuestos relacionados con el cálculo de la preparación para cada localidad:

1. Los puntos de demanda que pertenecen a una localidad tienen una característica

especial llamada peso que brinda la importancia necesaria a la localidad dependiendo

de la cantidad de población en el punto de demanda, llamadas y ocurrencia del

incidente o enfermedad. Este peso indica la cantidad de población afectada por un

tipo de enfermedad en un punto de demanda específico.

Se considera el uso de datos históricos que abarcan todos los diferentes tipos de

enfermedades presentados en los incidentes para un punto de demanda k, ������. Así

mismo, se tiene una probabilidad de ocurrencia de la patología o enfermedad e en un

tiempo del día ����.

Por lo tanto el peso para cada punto de demanda dependiendo de la enfermedad se

denomina c y es calculado de la siguiente forma:

�,� � ������ � ���� �1�

2. Las ambulancias pueden ser de diferentes tipos dependiendo de los recursos físicos y

humanos con los que cuenten: Neonatales, medicalizadas, motorizadas, básicas y

psiquiatría. Cada ambulancia � , debido a sus características, tiene una habilidad

cuantificable para atender cierto tipo de patología � llamada factor de contribución:

�,�. Por ejemplo, una ambulancia medicalizada es capaz de atender todos los tipos de

incidentes. En un caso de dificultad respiratoria, su factor de contribución para esta

enfermedad en una escala entre uno (1) y cero (0) siendo (1) lo más preparado para

atender un tipo de enfermedad, será 1. Es decir, la ambulancia está preparada para

este tipo de enfermedad.

Page 7: Optimización de las Operaciones en el Servicio Logístico

7

3. El tiempo de viaje entre el punto de demanda k que se encuentra en la localidad y el

punto de localización j es denominado ��,� y depende de la localización de la

ambulancia. Si hay una ambulancia ubicada en la base j dicho tiempo se tendrá en

cuenta de lo contrario, si no existe ambulancia ubicada en la base j dicho tiempo es

cero.

La expresión (2) presenta entonces, como se realiza el cálculo de la preparación para la

localidad i dependiendo del momento del día t. Donde � es el conjunto de patologías que se

presentan, �� es el conjunto de puntos de demanda que pertenecen a la localidad i, � es el

conjunto de puntos de localización en la ciudad y � es el conjunto de ambulancias disponibles

para atender la localidad.

�� � � � � � �,��,� � ��,�� � � � !� � "# � $ �2�

Luego, se busca maximizar el índice de la localidad con menor preparación. Note entonces que

a mayor contribución de la ambulancia para atender un incidente mayor será la preparación.

Además, el tiempo de viaje entre el punto de localización y el punto de demanda el cual

depende de la localización de la ambulancia, incide de manera inversa en la preparación.

Finalmente, la preparación es una medida de desempeño del comportamiento del sistema y se

calcula para cada localidad en la ciudad indicando su grado de preparación ante cualquier

eventualidad. Este índice tiene en cuenta factores importantes como el tiempo que le toma a

una ambulancia llegar desde la base donde se encuentra ubicada a un punto de demanda, la

cantidad de población afectada por un tipo de enfermedad específico y la habilidad de una

ambulancia para atender cierto tipo de patología.

Es importante aclarar, que la cantidad de casos en cada punto de demanda puede ser

desglosado como la cantidad de casos que ocurren en la localidad donde se encuentra el punto

de demanda, multiplicado por el porcentaje de importancia del punto de demanda

dependiendo de la cantidad de población que se concentra allí; es decir, la población en el

punto de demanda dividido la suma de las poblaciones de todos los puntos de demanda que

pertenecen a la localidad.

Por ejemplo, suponga que queremos hallar la preparación para una localidad denominada

localidad 1. Existen dos ambulancias disponibles ubicadas en la base 1 y 2 respectivamente,

para atender a los dos puntos de demanda pertenecientes a la localidad. En esta zona se

presentaron dos tipos de patologías que afectan a la población en un 60% y 40%

respectivamente. Los datos que se muestran en la tabla 2 son: el tiempo de viaje entre los

puntos de demanda y las bases, la población de cada punto de demanda, el factor de

contribución de la ambulancia a la enfermedad, el peso del punto de demanda dependiendo

de la patología presentada.

Page 8: Optimización de las Operaciones en el Servicio Logístico

8

Tabla 2. Datos ejemplo localidad 1

Tiempo de viaje Base 1 Base 2 Casos

Punto Demanda 1 5 12 15

Punto Demanda 2 10 9 20

Factor de

Contribución Enfermedad 1 Enfermedad 2

Ambulancia 1 1 0,8

Ambulancia 2 0,8 0,5

Primero, se debe hallar el peso de la población en el punto de demanda k debido a la

enfermedad k. Para este caso, tendremos cuatro términos de peso de la población debido a los

dos puntos de demanda y las dos patologías que se presentan en el sistema.

�&,& � 15 � 0.6 � 9 �3�

�&,- � 15 � 0.4 � 6 �4�

�-,& � 20 � 0.6 � 12 �5�

�-,- � 20 � 0.4 � 8 �6�

Ahora bien, podemos hallar el valor de la preparación para la localidad 1:

�& � 0 �&,&�&,& � �&,& 1 �&,&

�&,- � �-,& 1 �-,&�-,& � �&,& 1 �-,&

�-,- � �-,&2 1 0 �&,-

�&,- � �&,- 1 �&,-�&,- � �-,- 1 �-,-

�-,& � �&,- 1 �-,-�-,- � �-,-2 �7�

�& � 4 19 � 5 1 1

6 � 10 1 0.812 � 5 1 0.8

8 � 105 1 4 0.8

9 � 12 1 0.86 � 9 1 0.5

12 � 12 1 0.58 � 95 � 0,095 �8�

En (7), el primer término indica la preparación que aporta la ambulancia uno. Tiene en cuenta

la posibilidad de la ambulancia uno de atender a los dos puntos de demanda y los dos tipos de

patología que se pueden presentar. El segundo término es la preparación aportada por la

ambulancia dos. Luego, se entenderá este término como cuán preparada se encuentra la

localidad 1 en caso que se presenten incidentes.

Para corroborar el término de preparación, se hicieron unas corridas para un mismo momento

de tiempo t variando los términos de tiempo promedio de viaje desde la base hasta los puntos

de demanda y cantidad de casos presentados para una única localidad y así conocer el

comportamiento de este índice de desempeño. Se tienen los siguientes parámetros: 4 tipos de

ambulancias, 8 ambulancias en total, 10 puntos de demanda, 4 tipos de enfermedad y 2

localidades.

Page 9: Optimización de las Operaciones en el Servicio Logístico

9

Figura 2. Diagrama de la preparación vs. El tiempo promedio de viaje

Como se muestra en la figura 2, conforme aumenta el tiempo promedio de viaje entre los

puntos de demanda y las bases, la preparación disminuye paulatinamente. Este tiempo de

viaje se obtiene como la distancia entre las coordenadas de cada punto de demanda y las

bases. Las bases de ubicación de las ambulancias para cada una de las corridas realizadas no

cambian.

Figura 3. Diagrama de preparación vs. Casos presentados en la localidad

En la figura 3, al igual que la anterior, entre más aumenten la cantidad de casos presentados

en la localidad disminuirá el valor de la preparación. En este caso, al realizar las corridas las

bases de ubicación de las ambulancias cambiaban. Esto indica que el índice de desempeño es

más sensible a los cambios en demanda tratando de cubrir la mayor cantidad de población

posible.

El índice de preparación se ha determinado para cada localidad, lo que nos brinda un valor

cuantificable de la habilidad de la localidad para estar preparada ante cualquier incidente. Pero

no se ha establecido una medida de comparación que permita estar alertas ante cambios en

0.000.100.200.300.400.500.600.700.800.90

Pre

par

ació

n

Tiempo promedio de viaje

Preparación

Preparación

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

Pre

par

ació

n

Casos

Preparación

Preparación

Page 10: Optimización de las Operaciones en el Servicio Logístico

10

las condiciones del sistema. Establecer un valor mínimo de preparación para toda la ciudad

que permita al controlador o despachador de ambulancias tomar decisiones correctas a nivel

de planeación, control y operación conseguirá mantener respuestas eficientes en términos de

tiempo y cobertura. En los niveles de planeación y control, es posible obtener el tamaño de

flota de ambulancias y la localización inicial. En operación, permitirá realizar la asignación de

ambulancias a los incidentes y relocalizarlas sin penalizar el índice de desempeño [2].

2.2. Cobertura

La cobertura es otra medida de desempeño importante en la logística de ambulancias

Gendreau et al. [9], inclusive Andersson et al. [19] demuestra que existe una alta relación

entre la preparación y la cobertura. Mientras más alta sea la preparación, mayor cobertura.

6�����7�� � 89�:;�9��� ;� ��:��:;�; 1 <7� �7�;�9 ��� ���9;:;��89�:;�9��� ������� ;� ��:��:;�; 1 �9�

El nivel de cobertura se define en (9). Se desea que la demanda de tipo Prioridad 1 sea cubierta

en unos rangos estipulados así: el 75% de esta demanda debe ser cubierta en un tiempo no

mayor a 10 minutos, es decir, mínimo el 75% de la demanda con tipo de incidentes de

prioridad 1, deben ser atendidos en menos de 10 minutos, el 90% en un tiempo no mayor a 15

minutos y el 95% en un tiempo no mayor a 20 minutos.

2.3 Problema de Localización de Ambulancias

El problema de localización de ambulancias consiste entonces en decidir en qué punto de

localización debe ser ubicada cada ambulancia, con el fin de maximizar el mínimo índice de

preparación de las localidades y garantizar un porcentaje mínimo de cobertura de la demanda.

Un nivel adecuado de preparación se refiere a maximizar el mínimo nivel de preparación en

todas las localidades hallando la cantidad de ambulancias necesarias para cumplir con

restricciones de cobertura. Este valor de preparación se debe hallar en una primera fase del

sistema logístico de ambulancias donde se ubican una cantidad de ambulancias disponibles.

Para esto, se hace uso del modelo NS:

NS: @ABC � D�E� 9��F� � @GHG � I � � � � �,��,� � ��,��J�� � � � !� � "# � $ �10�

Donde, se decide maximizar la mínima preparación en cualquiera de las zonas i en N. Se tiene

un número M de ambulancias. Y(M) es un conjunto de posibles localizaciones de ambulancias

y y es un elemento de este conjunto. El tiempo de viaje de la ambulancia desde la base al

punto de demanda depende del lugar donde se encuentra localizada, es decir de y.

En la localización, se tiene en cuenta la posibilidad de llegar desde la base hasta los puntos de

demanda en un tiempo razonable lo que cuantifica la cobertura de demanda que se tiene para

cada localidad de la ciudad. Es posible también que las ambulancias puedan cubrir puntos de

demanda en común.

Page 11: Optimización de las Operaciones en el Servicio Logístico

11

Es importante aclarar, que la comparación para el valor de preparación se realiza teniendo en

cuenta el valor mínimo obtenido en el uso del modelo NS, el cual es un nivel adecuado de

preparación cumpliendo con restricciones de cobertura. Si alguna localidad tiene una

preparación mayor que este valor, indica que esta localidad se encuentra altamente preparada

antes cualquier eventualidad; y en el caso en que alguna ambulancia sea despachada para

servicio de un incidente, es posible que esta localidad siga por encima del nivel adecuado de

preparación. En caso de estar por debajo de este valor luego de un despacho, indica que la

localidad no se encuentra preparada y en caso de eventualidad, es posible no sea capaz de

responder de manera eficiente al problema.

Considere una ciudad dividida en 4 localidades tal como se muestra en la Figura 4. Cada

localidad tiene puntos de demanda y por toda la ciudad existen posibles bases, cada una con

capacidad de dos ambulancias, además, la flota está conformada por 3 ambulancias del mismo

tipo.

Figura 4. Ejemplo de una ciudad con 4 localidades, y respectivos puntos de demanda y bases

El problema de localización consiste en determinar en cuáles bases deberían ir localizadas las

ambulancias, teniendo en cuenta el índice de preparación y la cobertura. Una posible solución

para el problema sería localizar las ambulancias tal como se presenta en la Figura 5. Note que

ahora es posible calcular el índice de preparación para cada localidad.

Page 12: Optimización de las Operaciones en el Servicio Logístico

12

Figura 5. Ejemplo de solución 1 de localización de tres ambulancias en la ciudad

Al calcular el índice de preparación de cada localidad se obtuvieron los siguientes valores:

�& � 0.0014, �- � 0.0013, �K � 0.00541 y �L � 0.041. Esto indica que el índice mínimo de

preparación es 0.0013. Con esta localización, se alcanza una cobertura para incidentes Nivel 1

en menos de 10 minutos para el 72% de la población, en menos de 15 minutos para el 89% y

en menos de 20 minutos para el 95%.

Sin embargo, otra posible solución para el problema sería la presentada en la Figura 6. Si

realizamos para esta instancia, el cálculo de la preparación para cada localidad obtenemos que:

�& � 0.00251, �- � 0.0015, �K � 0.0431 y �L � 0.031. Por lo tanto, el índice mínimo de

preparación es 0.0015. Con esta configuración se alcanza una cobertura en menos de 10

minutos del 76% de la población, en menos de 15 minutos para el 91% y en menos 20 minutos

para el 96% de la población.

Page 13: Optimización de las Operaciones en el Servicio Logístico

13

Figura 6. Ejemplo de solución 2 de localización de tres ambulancias en la ciudad

Por lo tanto, entre las dos soluciones propuestas, la solución 2 que se ilustra en la Figura 6 es

mejor, ya que cumple con todos los porcentajes de cobertura y presenta un mayor índice de

preparación mínima.

2.4 Problema de Asignación de Ambulancias o Despacho

Luego que se encuentran localizadas las ambulancias en el sistema y se ha producido un

incidente en algún punto de demanda, se debe decidir que ambulancia queda asignada para

atender el incidente. El despacho de ambulancias es un problema operacional y se necesitan

tiempo bajos para encontrar solución.

Suponga que se ha decidido localizar las ambulancias tal como se muestra en la Figura 6, y se

ha producido un incidente. Es ahora cuando aparece el problema del despacho de ambulancias

como el proceso en el que se decide cuáles serán las ambulancias asignadas a los incidentes.

En muchos casos reales, el despacho es un proceso ejecutado de manera subjetiva debido a

que depende del criterio que maneje el operador con las ambulancias disponibles en el

sistema. Por lo tanto, el operador evalúa cuál de las ambulancias del sistema debe asignar.

Para esto, se propone que el índice de preparación sea una medida de desempeño capaz de

realizar una evaluación del comportamiento del sistema y permita ayudar al operador en la

toma de la decisión de la asignación de ambulancias. Luego, se debe asignar la ambulancia que

tendría un menor impacto en la mínima preparación de las localidades, teniendo en cuenta

también factores como el menor tiempo de viaje al incidente y el alistamiento de la

ambulancia para el tipo de incidente que se presente. Suponga entonces que después de

resolver dicho problema el operador decidió asignar una de las ambulancias al incidente tal

como se muestra en la Figura 7.

Page 14: Optimización de las Operaciones en el Servicio Logístico

14

LOCALIDAD 1

LOCALIDAD 2

LOCALIDAD 3

LOCALIDAD 4

Puntos de localizaciónPuntos de demanda

Incidente

Figura 7. Ejemplo de asignación a un incidente

2.5 Problema de Relocalización de Ambulancias

Después que se produce el despacho de ambulancias, es decir, las ambulancias salen de la

base actual para atender un incidente, es posible que la capacidad del sistema para responder

de manera eficiente ante nuevos incidentes en las localidades se haya visto afectada, ya que

las ambulancias asignadas tienen un tiempo de ocupación para volver a estar disponibles y

poder atender nuevos incidentes que se producen. Considerando el ejemplo ilustrativo de la

Figura 7, se presenta cómo la ambulancia que fue asignada al incidente, sale del sistema y deja

de cubrir puntos de demanda, lo que posiblemente puede afectar a la preparación de las

localidades.

El impacto del despacho puede ser medido tanto por el índice de preparación como por la

cobertura –requerimientos del sistema-. Al hacerlo, existe la posibilidad que la cobertura se

disminuya al igual que la preparación. Por tal razón, para conocer si es necesario realizar una

relocalización, se debe como primera fase, evaluar si la cobertura mínima deseada ha

disminuido para entonces, determinar cuáles ambulancias deben cambiar de base para

aumentar la preparación mínima de las localidades respondiendo de manera más eficiente

ante nuevos incidentes, como se muestra en la figura 8.

Page 15: Optimización de las Operaciones en el Servicio Logístico

15

Figura 8. Ejemplo de posibles relocalizaciones de ambulancias

Finalmente, se realizará la relocalización siempre y cuando se maximice el índice mínimo de

preparación. La Figura 9, ilustra una posible solución donde solo se ha decidido relocalizar una

ambulancia.

Figura 9. Ejemplo de relocalización de ambulancia

Page 16: Optimización de las Operaciones en el Servicio Logístico

16

3. METODOLOGÍA DE SOLUCIÓN

En esta sección, se presenta la metodología de solución del problema de localización el cual es

resuelto mediante un algoritmo genético. Posteriormente, se describe el algoritmo de

despacho utilizado para solucionar el problema de asignación de ambulancias y finalmente, se

presenta la formulación matemática que modela el problema de relocalización y la técnica de

solución.

3.1 Algoritmo Genético para resolver el problema de localización.

La elección del algoritmo genético se basa en el trabajo realizado por Rajagopalan et al. [13]

quienes implementaron un algoritmo de evolución para encontrar localizaciones de

ambulancias en un modelo probabilístico obteniendo mejores resultados en comparación con

otras metaheurísticas.

El método de solución es implementar un algoritmo genético híbrido que parte de soluciones

iniciales generadas a partir de una heurística constructiva: un algoritmo que maximiza la

mínima preparación. El algoritmo genético comienza con una población inicial de cromosomas,

el cual representa una solución del problema. A través de una serie de operadores genéticos

de cruzamiento y mutación, la población es modificada en cada iteración de manera aleatoria

agregando diversidad a la población. Al final de cada iteración, se evalúan las nuevas

soluciones encontradas y un subconjunto de éstas (las mejores en la mayoría de los casos)

harán parte de la nueva generación.

A continuación se definirán las definiciones de los componentes del algoritmo genético híbrido

propuesto para resolver el valor de la preparación global.

Genotipo

Para la representación de las soluciones posibles en cuanto a localización de las ambulancias,

se utilizará una matriz binaria que expresa 1 si la ambulancia m (fila m) se localiza en el punto

de localización n (fila m) y 0 de lo contrario. Por ejemplo, en la figura 10, la ambulancia 3

estará ubicada en el punto de localización 1.

1 2 3 4

1 0 1 0 0

2 0 0 0 1

3 1 0 0 0

Figura 10. Representación de la solución

Estructura del Algoritmo

Función de Adaptación

La calidad de la solución se evalúa mediante una función de adaptación que en este caso, será

el máximo de las mínimas preparaciones halladas para cada localidad. Entre mayor sea el valor

de la función de adaptación, mejor será la solución obtenida. Para la ubicación de las

ambulancias se debe tener en cuenta una cobertura mínima para la Prioridad tipo 1, lo que

indica que se debe contabilizar el comportamiento de la atención de esta demanda en un

tiempo de viaje específico.

Page 17: Optimización de las Operaciones en el Servicio Logístico

17

Generación de la Población Inicial

La población inicial se genera de diferentes maneras:

1. Se ordenan las ambulancias de la “mejor a la peor” y se le ubica en el punto de

localización que maximice la mínima preparación global.

2. Se ordenan las ambulancias de la “peor a la mejor”. Se ordenan los puntos de

localización del último al primero en orden de lista y se ubica la ambulancia en el

punto de localización que maximice la mínima preparación global.

3. Se obtiene el menor de tiempo de viaje entre un punto de demanda y una base. Sobre

esta base se ubica una ambulancia que maximice la mínima preparación global.

4. Aleatoriamente se asignan las ambulancias a las bases.

5. Se recorren todas las bases y se localizan la mayor cantidad de ambulancias posibles.

Es decir, se comienza por la primera base y se colocan todas las ambulancias hasta

copar su capacidad. Sigue con la segunda base y se llena su capacidad, así hasta llegar

a la última base. En la siguiente iteración, se comenzará por la segunda base y se

llenará su capacidad con ambulancias. Este procedimiento se realiza tantas veces

como bases hallan disponibles.

Operadores Genéticos

Crossover – Recombinación

Es el principal operador genético y consiste en el intercambio de genes entre dos cromosomas.

La recombinación se utiliza para promover la exploración de una solución dentro del espacio

de solución ya identificado. Al representar nuestra estructura del cromosoma como cadena de

bits se utiliza una recombinación de un punto donde pares de padre crean dos hijos. En este

trabajo se definen dos tipos de cruces:

• Cruce con respecto a las ambulancias: En este cruce, se genera aleatoriamente un

corte horizontal sobre el par de matrices (padres) causando cambios en la localización

de las ambulancias. Se conforman dos hijos los cuales obtienen información de cada

padre.

• Cruce con respecto a las bases: En este cruce, se genera aleatoriamente un corte

vertical sobre el par de matrices causando cambios en las ambulancias que se

encuentran dentro de las localizaciones. Análogo al método anterior, se conforman

dos hijos.

Estos cruces son independientes entre sí y se realiza un solo tipo de cruce en un instante, lo

cual se decide de manera aleatoria.

Mutación

Permite la diversidad genética de la especie para escapar del óptimo local buscando en los

vecinos por una mejor solución realizando un cambio aleatorio de la estructura genética del

cromosoma. Las mutaciones se producen realizando un cambio de 1 o 0 en el cromosoma

generando un cambio en la localización de la ambulancia escogida aleatoriamente. Para este

cambio, se evalúan los posibles vecinos de la base donde se encuentra ubicada la ambulancia.

Los vecinos son estipulados teniendo en cuenta tanto el tiempo de viaje que les toma

trasladarse de una base a la otra, al igual que su capacidad para recibir más ambulancias. Si

Page 18: Optimización de las Operaciones en el Servicio Logístico

18

una base no puede recibir más ambulancias, no es tenido en cuenta para hacer parte del

conjunto de vecinos disponibles.

Reparación

Es un procedimiento que permite ajustar los cromosomas luego que son cruzados o mutados.

Cuando las ambulancias son ubicadas en puntos de localización cuya capacidad ha sido copada,

es necesario ubicar esta ambulancia en alguna otra base que todavía tenga lugar. Así mismo,

se penalizará la infactibilidad en términos de cobertura con un costo alto en la función de

adaptación.

Método de Selección

Existen diferentes técnicas de selección que se utilizan para elegir los cromosomas que

donarán sus genes a las siguientes generaciones. El método de selección por torneo permitirá

escoger al individuo según su función de adaptación sobre dos individuos escogidos de manera

aleatoria. Se seleccionarán a los individuos con mejor desempeño para la nueva población de

un conjunto de población de padres (μ) e hijos (λ), es decir, (μ+ λ) debido a que es posible que

existan padres con buenos desempeños en la función de adaptación y términos de cobertura.

La estructura del algoritmo propuesto es la mostrada en la tabla 3.

Tabla 3. Algoritmo genético de localización

1. Se realiza una heurística constructiva que permite obtener soluciones iniciales con valores

MN, que constituyen la población inicial.

2. Se evalúa la función de adaptación de cada individuo de la población como el máximo de

las mínimas preparaciones en las localidades teniendo en cuenta el valor de cobertura

obtenido para las enfermedades tipo prioridad 1.

3. Mientras (no se alcance la cantidad de generaciones permitida)

Se seleccionan a los mejores individuos de la población, entre padres e hijos, para nueva

generación.

4. Para el tamaño de la población

Recombinación: Se seleccionan los individuos a recombinar según el método por

torneo. Así aleatoriamente se realiza un tipo de cruce: por ambulancia o por base. De

este cruce se obtienen dos hijos.

Mutación: Se escoge un individuo de manera aleatoria. Método de intercambio de

genes según una probabilidad.

Evaluación de la función de adaptación de todos los individuos, padres e hijos.

5. Volver al paso 3

3.2 Algoritmo de Despacho

La asignación de ambulancias depende del tipo de incidente. Las patologías son clasificadas

según un nivel de importancia de atención donde, el Nivel 1 son aquellas enfermedades o

accidentes de tránsito, laborales o comunes urgentes y/o que atentan contra la vida de algún

paciente, Nivel 2 son aquellos incidentes urgentes pero que no amenazan la vida del paciente,

Nivel 3 que constituyen pacientes cuya condición no es urgente. El despacho de ambulancias

para las llamadas que presentan patologías de Nivel 1 es inmediato debido a la urgencia del

Page 19: Optimización de las Operaciones en el Servicio Logístico

19

incidente y se envía la ambulancia más cercana disponible capaz de atender este tipo de

patologías [30]. Para los Niveles 2 y 3 es posible realizar un algoritmo de despacho que evalúa

la posibilidad de enviar una ambulancia que tenga el menor efecto sobre la preparación. La

ambulancia que disminuya en menos cuantía el valor de la preparación mínima será escogida

para atender el incidente pero será tenida en cuenta en caso de presentarse un incidente de

mayor urgencia.

El algoritmo de despacho, como se muestra en la tabla 4, comienza con el ordenamiento de las

ambulancias más cercanas al sitio del incidente según el tiempo de viaje desde la base. Luego,

se verifica cual es el tipo de incidente presentado. Si es una llamada Nivel 1, se despacha la

primera ambulancia capaz de atender este tipo de incidente en la lista. Es decir, no solo

importa su cercanía, sino que además se tiene en cuenta que la ambulancia sea la más

capacitada para atender la patología presentada. Si es una llamada Nivel 2 o 3, se debe

primero verificar cuales ambulancias en la lista pueden llegar al incidente en un tiempo menor

a 15 (R2) y 20 (R3) minutos respectivamente. Si no existe ambulancia alguna capaz de llegar en

este tiempo, la ambulancia más cercana al lugar del incidente se despacha. En caso contrario,

se valora de las ambulancias disponibles en la lista cual debe ser despachada, haciendo que

esta no se encuentre disponible �O�� � 0� en el sistema – esto es hacer que no se encuentre

ubicada en ningún punto base- evaluando la preparación obtenida para las localidades. Se

guarda la menor de las preparaciones �P�Q y se sigue con la siguiente ambulancia en la lista.

Esto se realiza hasta que se acabe la lista de ambulancias que pueden atender la llamada.

Aquella que otorgue la mayor de las preparaciones, será la escogida para servir el hecho.

Tabla 4. Algoritmo de despacho de ambulancias

1. Hacer k el punto de demanda en el cual se identifica el incidente. Se hace una lista m

ordenada de ambulancias según tiempo de viaje. F � 1, … , S�

Sea �P�Q � 0

Sea �F�T � U

2. Si es Nivel(k)=1

Se despacha la primera ambulancia en la lista m que sea tipo de ambulancia medicalizada

(V:���F&� � F�;:���:M�;�). �F�T � F&

3. Si es Nivel(k)=2 o 3

Para F � 1, … , S�

Si ��P W X- ό ��P W XK dependiendo del nivel de prioridad,

Se remueve m de la lista de ambulancias (OP� � 0) y se calcula la preparación

para cada una de las localidades, �� , afectadas por la ocupación de esta

ambulancia.

Si min �� \ �P�Q

�P�Q � min �� , �F�T � F 4. Despachar m.

3.3. Modelo Matemático para la Relocalización de Ambulancias.

Como se ha mencionado anteriormente, relocalizar no es un proceso fácil de realizar debido a

los costos y tiempo que puede acarrear mover las ambulancias. Por esto, se decide primero

Page 20: Optimización de las Operaciones en el Servicio Logístico

20

evaluar la necesidad de efectuar la relocalización mediante el cálculo de los porcentajes de

cobertura del Nivel 1 que se han establecido con anterioridad. El algoritmo de relocalización

funciona de la siguiente manera: Si el porcentaje de cobertura de Nivel 1 en menos de 10

minutos (75%) ha disminuido, se debe realizar la relocalización. Se desea entonces relocalizar

ambulancias de tal forma que se alcance para cada localidad una preparación mayor al �P�Q

calculado en el despacho. Con esto se estaría asegurando un aumento también en la cobertura.

Note en las gráficas anteriores que se comprobó que a mayor �P�Q , mayor será la cobertura

de la población.

Se decide modelar el problema como un programa entero mixto (MIP) que permita determinar

cuáles ambulancias deben ser relocalizadas maximizando la mínima preparación de las

localidades; mientras se satisfacen simultáneamente algunas condiciones técnicas del

problema como: no reubicar más de m ambulancias, garantizar que las bases no superan su

capacidad y no superar el tiempo máximo de relocalización para cada ambulancia

Para el modelo se definen el conjunto de enfermedades ���, de puntos de localización ���, de

ambulancias ���, de localidades �]� y el conjunto ���� que está conformado por los puntos de

demanda que pertenecen a la localidad : � ]. Considere los siguientes parámetros: ^�� es el

tiempo de relocalización de la ambulancia � � � al punto de localización _ � � , el cual

depende también del punto de localización donde se encuentre ubicada la ambulancia

después de la localización; F es la cantidad máxima de ambulancias a relocalizar; � es el

tiempo máximo de relocalización permitido para cualquier ambulancia; `�� es un parámetro

binario que indica la localización de las ambulancias que no fueron asignadas en el despacho;

finalmente, ���� es la capacidad que el punto de localización _ � � tiene para ubicar

ambulancias.

La variable de decisión a�� es una variable binaria que toma el valor de 1 cuando la ambulancia

� � � debe moverse desde o hacia un punto de localización _ � �, 0 de lo contrario. Es decir,

cuando se decide que la ambulancia � � � se mueve desde una base � � � hacia una base

� � � tanto a�,b como a�,c son iguales a uno. O�� es una variable binaria que toma el valor de 1

cuando la ambulancia � � � luego de la relocalización queda ubicada en el punto de

localización _ � �, 0 de lo contrario. Finalmente, M determina la mínima preparación de todas

las localidades.

La formulación matemática resultante es la siguiente:

S�a:F:M�� M �11�

s.a.

� � � � ����d � ���� � � � !� � "# � $ O�� e M f: � ] �12�

� ^��. a����!

W � f� � � �13�

Page 21: Optimización de las Operaciones en el Servicio Logístico

21

� O����!

W 1 f� � � �14�

� � a����!��

W F � 2 �15�

� O����

W ���� f_ � � �16�

ga�� 1 `�� g O�� W 0 f� � �, _ � � �17�

ga�� g `�� 1 O�� W 0 f� � �, _ � � �18�

a�� g `�� g O�� W 0 f� � �, _ � � �19�

a�� 1 `�� 1 O�� W 2 f� � �, _ � � �20�

a�� � h0,1i f� � �, _ � � �21�

O�� � h0,1i f� � �, _ � � �22�

M e 0 �23�

El objetivo (11) es maximizar el mínimo índice de preparación de las localidades, dicho índice

de preparación mínimo se calcula mediante las restricciones (12). La restricción (13) garantiza

que cualquier tiempo de relocalización no supere s unidades de tiempo. Se debe asegurar que

la ambulancia quede localizada máximo en una base (14). La restricción (15) indica que el

número máximo de ambulancias a relocalizar (m) no sea superado. Esta restricción se

encuentra en el lado derecho multiplicado por 2, pues cada ambulancia relocalizada tendrá

dos movimientos (desde y hacia una base) indicado por la variable de decisión a��. Las

restricciones (16) garantizan que no se sobrepase la capacidad de ambulancias de cada base.

Las restricciones (17)-(20) son las encargadas de relacionar las variables a��, O��y el parámetro

`��. Por ejemplo, si el parámetro `-K es igual a 1, indica que la ambulancia 2 después de

realizarse el despacho se encuentra en la base 3, si luego de solucionar el modelo la variable

a-K � 1 indicando que hay un movimiento de la ambulancia 2 desde la base 3, hay que

garantizar que la variable O-K � 0. Finalmente, las restricciones (21)-(23) definen la naturaleza

de las variables de decisión.

4. RESULTADOS COMPUTACIONALES

La metodología propuesta fue probada en instancias a escala de una ciudad. El algoritmo

genético y el algoritmo de despacho se implementaron en Visual Basic para Aplicaciones,

mientras que el modelo matemático se resolvió con el optimizador de Xpress-MP (Versión

1.20.12) en un computador con procesador Intel(R) Xeon(R) CPU X5550 de 2.67 GHz y 4.00 GB

de RAM.

Para ilustrar toda la metodología primero se presenta la solución del problema de localización

utilizando el algoritmo genético. En este caso se genera una ciudad de Bogotá hipotética de

50x50 unidades. Para esto se generan 9 localidades con 94 puntos de demanda aleatorios en

toda la ciudad cuya población varía entre 1.000 y 165.000 personas. La importancia o peso de

cada punto de demanda tiene valores entre 1 y 2500. Los 20 puntos bases también se generan

aleatoriamente sobre esta ciudad obteniendo su capacidad de ambulancias.

Page 22: Optimización de las Operaciones en el Servicio Logístico

22

Para el factor de contribución se tendrán 4 causas de incidentes y cuatro tipos de ambulancias

posibles: medicalizadas, básicas, neonatales y motorizadas. Este valor varía entre 1, 0.8, 0.75,

0.5 y 0.25 de acuerdo a lo adecuada que sea la ambulancia para atender el tipo de incidente.

Cabe aclarar que las causas de incidentes tienen un tipo de prioridad que indica la necesidad

de ser atendidas lo antes posible. Las restricciones de cobertura para la ciudad de Bogotá

significan la atención de una cantidad de población dentro de un tiempo razonable.

Algoritmo genético

Para los parámetros con respecto al algoritmo genético, se utilizaron los siguientes:

• Para la probabilidad de recombinación, se utilizó un valor de 0.8. Para la mutación se

utilizó un valor de 0.1. Estos valores fueron escogidos luego de realizar corridas

manejando valores de probabilidad entre 0.1 y 0.9.

• Se escogió un tamaño de la población de 20 individuos. Se realizaron corridas de 4, 15,

20 y 30 individuos.

• Para la condición de terminación del algoritmo se tuvo en cuenta los cambios en los

resultados después de cierta cantidad de iteraciones. Luego de la iteración 80, los

cambios en los resultados tanto de preparación como cobertura eran muy pequeños

por lo cual se decidió dejar la cantidad de iteraciones en 80. Así mismo, si luego de las

últimas 20 iteraciones no se ha visto cambio alguno en los resultados el algoritmo se

detiene.

Resultados

Para obtener los resultados presentados en la Tabla 4, se hicieron 200 corridas con 80 cantidad

de generaciones hallando valores promedio para el índice de preparación, el tiempo

computacional (Tcomput) y los valores de cobertura (Cob1, Cob2 y Cob3); esto se logra

variando la cantidad de ambulancias disponibles de cada tipo (1, 2, 3, 4). Cuando las

restricciones de cobertura se cumplen: asegurar una cobertura nivel 1 del 75%, nivel 2 del 90%

y nivel 3 del 95%, mientras se maximiza el mínimo índice de preparación, se obtienen la

cantidad de ambulancias necesarias en la ciudad y la preparación mínima a cumplir por las

localidades.

Tabla 4. Resultados Algoritmo Genético para localización de ambulancias

Ambulancias Pmin Cob1 Cob2 Cob3 Tiempo (s) CPU

4 0.00589 27.51% 44.54% 66.07% 15.456

8 0.00966 39.29% 62.17% 87.22% 20.521

10 0.00977 59.52% 72.49% 89.71% 34.551

12 0.00985 75.35% 89.57% 93.53% 45.213

14 0.01132 75.35% 89.57% 95.36% 67.411

16 0.01281 75.82% 89.57% 95.36% 79.312

17 0.01385 76.19% 90.62% 95.36% 89.830

18 0.01655 78.79% 90.62% 95.36% 98.631

Como se puede observar, con 17 ambulancias el sistema es capaz de alcanzar los porcentajes

mínimo de cobertura para los tres niveles y se encontró que el índice mínimo de preparación

Page 23: Optimización de las Operaciones en el Servicio Logístico

23

es igual a 0.01385. Observe también, en la Figura 11, cómo el índice de preparación aumenta

conforme lo hace el número de ambulancias a localizar.

Figura 11. Diagrama de número de ambulancias localizadas vs. Preparación mínima

De igual forma se puede observar como la preparación se encuentra estrechamente

relacionada con la cobertura. A medida que aumenta la preparación mínima también lo hace la

cobertura, sin embargo, se puede observar que la cobertura de los tres niveles se empiezan a

estabilizar en cierto punto, ya que por más que aumente el número de ambulancias en el

sistema y la preparación, con el numero de bases que hay en la ciudad no es posible aumentar

más la cobertura y esta tiende a estabilizarse.

Figura 12. Diagrama de Cobertura Alcanzada vs. Preparación mínima

Note que el problema se puede resolver para cualquier número de ambulancias disponibles y

de acuerdo al desempeño de la preparación y la cobertura, seleccionar la mejor solución

encontrada por el algoritmo para la localización de ambulancias. Sin embargo, utilizando esta

0.00000

0.00200

0.00400

0.00600

0.00800

0.01000

0.01200

0.01400

0.01600

0.01800

0 5 10 15 20

Pm

in

Número de Ambulancias Localizadas

Preparación mínima

Pmin

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

% d

e C

ob

ertu

ra

Pmin

Preparación

Cob1

Cob2

Cob3

Page 24: Optimización de las Operaciones en el Servicio Logístico

24

metodología se encuentra el número de ambulancias a localizar para cumplir con los tres

niveles de cobertura.

La Tabla 5 presenta la capacidad en términos del número de ambulancia de cada base y las

ambulancias localizadas en ellas.

Tabla 5. Resultados y localización de las ambulancias en las bases

Bases Capacidad Ambulancias localizadas

Bases Capacidad Ambulancias localizadas

1 2 2-3 11 3 -

2 1 4 12 2 -

3 3 5-6-7 13 2 -

4 2 8-9 14 2 -

5 3 10-11-12 15 2 -

6 1 13 16 3 -

7 2 14-15 17 3 -

8 1 16 18 2 -

9 3 17 19 3 -

10 3 - 20 1 1

Luego que se ha resuelto el problema de localización (se conoce en qué bases deben ir

ubicadas las ambulancias), se generan incidentes aleatorios para evaluar el despacho de

ambulancias. Para esto, se ejecuta el algoritmo de despacho que determina cuáles

ambulancias deben atender los incidentes. En este trabajo se supone que cada incidente

generado demanda solo una ambulancia, por lo tanto, mientras que el número de incidentes

sea menor al número de ambulancias disponibles en el sistema, el número de ambulancias

asignadas será igual a la cantidad de incidentes.

La Tabla 6 presenta el número de incidentes presentados, la preparación mínima de las

localidades luego que fueron despachadas las ambulancias y el porcentaje de cobertura 1, 2 y

3.

Tabla 6. Resultados de algoritmo de despacho

No Incidentes Pmin

despacho Cob1 Cob2 Cob3

1 3 0.01165 74.62% 89.57% 95.36%

2 4 0.01105 74.22% 88.32% 95.36%

3 5 0.01048 73.86% 86.07% 95.36%

4 6 0.01002 53.06% 71.00% 89.80%

5 7 0.00961 53.06% 71.00% 89.80%

6 8 0.00821 48.47% 60.91% 79.17%

Como era de esperarse, la preparación mínima calculada luego que las ambulancias salen del

sistema para atender incidentes disminuye a medida que los incidentes aumentan. Sin

embargo, esto puede que no sea así para todas las instancias ya que depende del punto de

demanda donde se presenten los incidentes. Note también que los porcentajes de cobertura

Page 25: Optimización de las Operaciones en el Servicio Logístico

25

de los tres niveles, luego de realizar el despacho, disminuyen a medida que el número de

incidentes se incrementa.

Para efectos ilustrativos, en la tabla 7, se muestran las ambulancias despachadas cuando se

tienen 3 incidentes en un momento del día.

Tabla 7. Resultados de algoritmo de despacho – 3 incidentes-

Zona Incidente Prioridad Ambulancia a

Despachar

4 17 1 4

6 34 2 13

5 23 3 19

La metodología planteada en este estudio para decidir si se realiza relocalización, es revisar el

porcentaje de cobertura Nivel 1 luego de realizar el despacho. Si dicho porcentaje es inferior al

75% debe ejecutarse el modelo de relocalización. Sin embargo, el criterio que define si se

ejecuta o no el modelo puede modificarse a criterio del operador, quien define si es más

importante siempre buscar una preparación mínima para las localidades lo más alto posible o

no relocalizar en un tiempo específico del día.

Las instancias están etiquetadas desde L9A14B20D94-S3 hasta L9A9B20D94-S8 que indican: (L)

la cantidad de localidades, (A) la cantidad de ambulancias disponibles luego de ser

despachadas, (B) la cantidad de bases o puntos de localización, (D) la cantidad de puntos de

demanda y finalmente (S) la cantidad de ambulancias despachadas. En la tabla 8, se reporta

para cada instancia resultante del despacho: el valor de la preparación mínima luego de

reubicar las ambulancias, el tiempo máximo de relocalización, el tiempo computacional en

segundos obtenido, el tamaño del problema en términos del número de variables y

restricciones. El tiempo máximo de relocalización fue fijado en 15 minutos y el número

máximo de ambulancias a relocalizar fue 5 del total de ambulancias disponibles (la diferencia

entre las ambulancias localizadas y las ambulancias asignadas).

Tabla 8. Resultados de la relocalización con diferentes incidentes

Instancias Pmin obtenido en Relocalización

Tiempo máx de relocalización

Tiempo CPU (s)

Variables Restricciones No. Etiqueta

1 L9A14B20D94-S3 0.01402 14.7 0.23 561 1178

2 L9A13B20D94-S4 0.0132 14.7 0.216 521 1096

3 L9A12B20D94-S5 0.01264 14.7 0.195 481 1014

4 L9A11B20D94-S6 0.01144 12.04 0.188 441 932

5 L9A10B20D94-S7 0.01031 12.04 0.252 401 850

6 L9A9B20D94-S8 0.0096 12.04 0.222 361 768

La tabla 9 muestra para la instancia L9A14B20D94-S3, cuáles son las ambulancias que se

relocalizaron, la base donde se encontraban localizadas y la nueva base que van a ocupar.

Page 26: Optimización de las Operaciones en el Servicio Logístico

26

Tabla 9. Resultados de algoritmo de relocalización – 3 incidentes-

Ambulancia Base en despacho Base de relocalización

1 20 4

2 1 3

4 2 4

8 4 9

9 4 5

Figura 13. Diagrama de Preparación mínima en despacho y relocalización

Como se observa en la Figura 13, la preparación mínima de la relocalización mejora para todas

las instancias respecto a la preparación obtenida luego del despacho, en promedio para las seis

instancias la mejora respecto a la preparación después del despacho es del 16,46%. Además

los tiempos computacionales son muy bajos teniendo en cuenta que el modelo es entero

mixto y sin embargo, el algoritmo de ramificación y acotamiento (B&B) se desempeña bastante

bien.

La metodología propuesta para el problema de relocalización se implementó para instancias

de gran tamaño en cuanto a cantidad de ambulancias, posibles puntos de localización y

cantidad de puntos de demanda similares a aquellas propuestas por Céspedes et al. [10]. La

instancia corresponde a una ciudad de 4 localidades con 1000 puntos de demanda generados

aleatoriamente, 50 posibles puntos de localización con diferentes capacidades y 70

ambulancias localizadas. El problema tiene 6,701 variables y 13,589 restricciones. El programa

entero mixto que resuelve el problema de relocalización toma 16.767 segundos en resolver el

problema a optimalidad y mejorando la preparación para todas las localidades, demostrando

que el modelo escala bien en instancias grandes.

0.00000

0.00200

0.00400

0.00600

0.00800

0.01000

0.01200

0.01400

0.01600

0 2 4 6 8 10

Pre

par

acci

ón

Número de Incidentes

Preparación mínima

pmin despacho

pmin relocalización

Page 27: Optimización de las Operaciones en el Servicio Logístico

27

5. CONCLUSIONES Y TRABAJO FUTURO

La solución del problema de localización, despacho y relocalización de ambulancias impacta en

la calidad de vida de una ciudad y los índices de eficiencia del operador encargado de realizar

esta labor.

Fue demostrada la importancia de la preparación como medida de desempeño en la

evaluación del problema. Se agregó además una clasificación por tipo de ambulancia, la cual

no se encontró en la literatura, pero que es significativo ya que de acuerdo al tipo de incidente

que se presente se requerirá de un tipo específico de ambulancia, lo cual es cuantificado por

medio de un factor de contribución de la ambulancia a la enfermedad que se presente en el

incidente. Adicionalmente, se especifica un tipo de enfermedad en el cálculo del índice de

preparación. Para resolver el problema de localización fue programado un algoritmo genético

que teniendo en cuenta la cobertura alcanzada y el índice de preparación logra encontrar una

buena solución para la localización de ambulancias.

Posteriormente, mediante un algoritmo de despacho se define cada vez que se produzcan

incidentes cuáles deben ser las ambulancias que deben salir del sistema a atender el caso. El

algoritmo fue programado con reglas que permiten tomar una buena decisión ya que tienen

en cuenta la cercanía de las ambulancias, el tipo de ambulancia y enfermedad y busca un bajo

impacto en el índice de preparación mínimo.

Finalmente, si luego de despachar las ambulancias la cobertura disminuye por debajo del nivel

estipulado, se debe realizar la relocalización de ambulancias. Para esto, se presenta la

formulación de un programa matemático y se resuelve mediante un MIP propuesto que define

reglas que buscan encontrar soluciones que permitan minimizar el tiempo máximo de

relocalización al tiempo que garantizan subir la preparación mínima en un % de la preparación

mínima de despacho obtenida.

En la práctica, el esfuerzo por determinar con métodos claros la relocalización de ambulancias

es poco, por lo que definir algoritmos rápidos que logren mejorar la preparación de las zonas

mejorará la cobertura y a la vez la calidad de vida de la población.

Como trabajo futuro de la investigación podría tenerse en cuenta la probabilidad que una

ambulancia sea desocupada en el sistema antes que se cumpla el tiempo de relocalización, lo

que permitiría reducir la cantidad de ambulancias a relocalizar o que no se realice

relocalización del todo. Es importante, además, que se tenga en cuenta la demanda variable

durante el día. En la agitada vida de las ciudades, las características del entorno son variables a

lo largo del día. La cantidad de personas en un lugar específico, la congestión en transporte, el

clima, entre otros factores toman diferentes valores dependiendo de la hora y lugar en los

cuales son identificados. En ciudades como Bogotá - Colombia, donde los tiempos de traslado

desde la vivienda al lugar de trabajo son altos, la población se comporta de manera flotante

encontrándose durante el horario de trabajo concentrada en puntos específicos que difieren

de su hogar. Así mismo, en horas pico se aumentan tanto la congestión en transporte y la

Page 28: Optimización de las Operaciones en el Servicio Logístico

28

propagación de enfermedades lo que acarrea que la probabilidad de contagio de

enfermedades sea aún mayor.

REFERENCIAS

[1] Cámara de representantes. Proyecto de Ley 040 de 2009: Por medio del cual se

establecen las condiciones para la prestación del servicio de atención médica de

ambulancia prehospitalaria y extrahospitalaria mediante la modalidad de prepago y se

dictan otras disposiciones. Recuperado el 11 de Mayo de 2010, de:

http://www.congresovisible.org/proyectos-de-ley/por-medio-del-cual-se/1663/#

[2] Andersson, T., Petersson, S., Värbrand, P. Decision Support Tool for Efficient Ambulance

Logistics. Proceedings of the 31st Annual Conference of the European Working Group on

Operational Research Applied to Health Services; 2005 Jul 31 - Ago 5. Southampton, UK,

2005.

[3] Secretaría Distrital de Salud. Centro Regulador de Urgencias y Emergencias: Quiénes

somos. Recuperado el 13 de Mayo de 2010, de:

http://www.saludcapital.gov.co/paginas/quienescrue.aspx

[4] Huertas, J. Evaluación de la asignación y despacho de ambulancias del centro regulador de

urgencias y emergencias de Bogotá (CRUE). Tesis de pregrado no publicada 2009.

Departamento de Ingeniería Industrial. Facultad de Ingeniería. Universidad de los Andes,

Bogotá, Colombia.

[5] Secretaría Distrital de Planeación. Acuerdo 308 de 2008: Plan de Desarrollo Distrital 2008-

2012. Recuperado el 12 de Noviembre de 2010, de: http://www.sdp.gov.co/section-

192823.jsp

[6] Brotcorne, L., Laporte, G., Semet, F. Ambulance location and relocation models. European

Journal of Operational Research 2003; 147(3): 451-463.

[7] Gendreau, M., Laporte, G., Semet, F. The maximal expected coverage relocation problem

for emergency vehicles. Journal of the Operational Research Society 2006; 57(1): 22-28.

[8] Gendreau, M., Laporte, G., Semet, F. A dynamic model and parallel tabu search heuristic

for real time ambulance relocation. Parallel Computing 2001; 27: 1641-1653.

[9] Gendreau, M., Laporte, G., Semet, F. Solving an ambulance location model by tabu search.

Location Science 1997; 5(2): 75-88.

[10] Céspedes, S., Amaya, C., Velasco, N. Localización y relocalización de ambulancias del

centro regulador de urgencias y emergencias de Bogotá. Tesis de maestría no publicada

2009. Departamento de Ingeniería Industrial. Facultad de Ingeniería. Universidad de los

Andes, Bogotá, Colombia.

[11] Rajagopalan, H., Saydam, C. A minimum expected response model: Formulation, heuristic

solution and application. Socio-Economic Planning Sciences 2009; 43: 253-262.

[12] Rajagopalan, H., Saydam, C., Xiao, J. A multiperiod set covering location model for

dynamic redeployment of ambulances. Computers & Operations Research 2008; 35: 814-

826.

[13] Rajagopalan, H., Vergara, F., Saydam, C., Xiao, J. Developing effective meta-heuristics for a

probabilistic location model via experimental design. European Journal of Operational

Research 2007; 177: 83-101.

[14] Goldberg, J. B. Operation Research models for the deployment of emergency services

vehicles. EMS Management Journal 2004; 1(1): 20-39.

Page 29: Optimización de las Operaciones en el Servicio Logístico

29

[15] Ingolfsson, A., Budge, S, Erkut, E. Optimal ambulance location with random delays and

travel times. Health Care Management Science 2008; 11(3): 1515-1526.

[16] Maxwell, M., Henderson, S., Topaloglu, H. Ambulance Redeployment: An approximate

dynamic programming approach. Proceedings of the 2009 Winter Simulation Conference.

2009 Dec 13-16. Austin, Texas, USA.

[17] Andersson, T., Värbrand, P. Decision support tools for ambulance dispatch and relocation.

Journal of the Operational Research Society 2007; 58(2): 195-201.

[18] Andersson, T., Petersson, S., Värbrand, P. Dynamic ambulance relocation for a higher

preparedness. Proceedings of the 35th Annual Meeting of the Decision Sciences Institute

2004; Nov 20-23. Boston, USA.

[19] Andersson, T., Petersson, S., Värbrand, P. Calculating the preparedness for an efficient

ambulance health care. Proceedings of the 7th International IEEE Conference on

Intelligent Transportation Systems 2004; Oct 3-6. Washington D.C., USA. p. 785-790.

[20] Andersson, T., Petersson, S., Värbrand, P. OPAL: Optimized Ambulance Logistics.

Proceedings of the Fifth Triennial Symposium on Transportation Analysis 2004; Jun 13- 18.

Guadeloupe, West Indies.

[21] Haghani, A., Yang, S. Real time emergency response fleet deployment: concepts, systems,

simulation & case studies En: Zeimpekis, V.S., Tarantilis, C.D., Giaglis, G.M., Minis, I.E.

Dynamic Fleet Management: Concepts, Systems, Algorithms & Case Studies. Springer

series in Operations Research Computer Science Interfaces Series 2007; 38: 133-162.

[22] Church, R., ReVelle, C. The maximal covering location problem. Papers of the regional

Science Association 1974; 32: 101-118.

[23] Daskin, M., Stern, E. A hierarchical objective set covering model for emergency medical

service vehicle deployment. Transportation science 1981; 15: 37-152.

[24] Hogan, K., ReVelle C. Concepts and applications of backup coverage. Management science

1986; 34: 1434 – 1444.

[25] Goldberg, J., Dietrich, R., Chen, J., Mitwasi, M. Validating and applying a model for the

locating emergency medical services in Tucson, AZ. European Journal of Operational

research 1990b; 49: 308-324.

[26] Mandell, M. Covering models for two-tiered emergency medical services system. Location

Science 1998; 6: 355- 368.

[27] Marianov, V., ReVelle, C. The queuing probabilistic location set covering problem and

some extensions. Socio Economic Planning Sciences 1994; 28: 167 – 178.

[28] Repede, J., Bernardo, J. Developing and validating a decision support system for locating

emergency medical vehicles in Louisville, Kentucky. European Journal of Operational

Research 1994; 75: 567 – 581.

[29] Iannoni, A., Morabito, R., Saydam, C. An optimization approach for ambulance location

and the districting of the response segments on highways. European Journal of

Operational Research 2009; 195: 528-542.

[30] Dueñas M., Velandia M. Triage Hospitalario. Recuperado el 12 de Noviembre de 2010, de:

http://www.aibarra.org/Apuntes/criticos/Guias/Enfermeria/Triage_hospitalario.pdf