Cognitive Smart City Logistics: a new approach for sustainable last mile in the era of digitization - Mines Paris Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

Cognitive Smart City Logistics: a new approach for sustainable last mile in the era of digitization

Cognitive Smart City Logistics : une nouvelle approche pour un dernier kilomètre durable à l'ère de la numérisation

Résumé

City logistics, also named last-mile delivery herein, aims to efficiently and effectively transport goods from the distribution hub to the final destination efficiently and effectively to satisfy consumer demands in urban areas. Its significance is notable since it plays as the last leg of the supply chain and accounts for more than 20% of the overall cost. It was prominent to supply goods and food during the COVID-19 outbreak, especially during the lockdown. Thus, it has become increasingly essential in the eyes of the government and the public. Also, its importance is manifested in negative externalities toward urban sustainability, such as traffic congestion, road safety, noise, and air pollution. Hence, many cities, especially mega-cities with dense populations, have imposed stricter urban freight regulations to make cities more sustainable and livable. It is not a matter for one party to implement the policies. They need other stakeholders' engagement and further obtain feedback from their behavior changes to evaluate the policy's effectiveness. Logistics Service Provider (LSP), one key stakeholder, must operate in an increasingly difficult and complex environment while meeting the policies. The complexity of their operations management comes from the highly segmented freight flows and dynamic availability of logistics-supported urban resources. Therefore, they need to gain the time-changing states of urban resources to support their operations planning in such a dynamic environment. Under the above research background, this thesis studies a digital solution in the Smart Cities context, where the objects and data are connected via IoT/ICT technologies. More specifically, we investigate Cognitive Digital Twins, Digital Twins (DT) with augmented semantic capabilities. And how they can enhance the real-time knowledge of city-wide logistics demands and resources to optimize operations planning and resource allocation. A four-layer architecture framework is developed to integrate individual logistics objects and systems into Smart Cities at a semantic level. The underlying enabling technologies and standards are, for example, Property Graph, Web Ontology Language (OWL), Knowledge Graph, and Web of Things (WoT). Then, a use case study of parcel delivery in Paris is conducted upon a real-life DT platform called Thing in the future (Thing’in), coupled with an agent-based simulation on AnyLogic to demonstrate a real-world application of our approach. The results imply that when individual DT, owned by one stakeholder of city logistics, is capable of communicating with the dynamic environment, it can improve logistics efficiency while facilitating policy evaluation. It will result in fewer negative externalities, better utilization of resources, and provide insights for city municipalities to improve policy-making. Our work also showcases the potential of offering new business services to logistics service providers. Based on our work, an actual app prototype is developed by our partner to aid driving and walking delivery, showing our work's concrete applicability.
La logistique urbaine, également appelée ici livraison du dernier kilomètre, vise à transporter de manière efficace et efficiente les marchandises depuis le centre de distribution jusqu'à la destination finale afin de satisfaire les demandes des consommateurs dans les zones urbaines. Son importance est notable puisqu'elle joue le rôle de dernier maillon de la chaîne d'approvisionnement et représente plus de 20 % du coût global. Il a joué un rôle important dans l'approvisionnement en marchandises et en nourriture lors de l'épidémie de COVID-19, en particulier pendant le confinement. Elle est donc devenue de plus en plus essentielle aux yeux du gouvernement et du public. De plus, son importance se manifeste par des externalités négatives pour la durabilité urbaine, telles que la congestion du trafic, la sécurité routière, le bruit et la pollution de l'air. C'est pourquoi de nombreuses villes, en particulier les mégapoles à forte densité de population, ont imposé des réglementations plus strictes en matière de fret urbain afin de rendre les villes plus durables et plus vivables. La mise en œuvre de ces politiques n'est pas l'affaire d'une seule partie. Elles ont besoin de l'engagement d'autres parties prenantes et d'obtenir un retour d'information sur leurs changements de comportement pour évaluer l'efficacité de la politique. Les prestataires de services logistiques (PSL), l'une des principales parties prenantes, doivent opérer dans un environnement de plus en plus difficile et complexe tout en respectant les politiques. La complexité de la gestion de leurs opérations provient de la forte segmentation des flux de marchandises et de la disponibilité dynamique des ressources urbaines soutenues par la logistique. Par conséquent, ils doivent acquérir les états changeants des ressources urbaines pour soutenir la planification de leurs opérations dans un tel environnement dynamique. Dans le contexte de recherche ci-dessus, cette thèse étudie une solution numérique dans le contexte des villes intelligentes, où les objets et les données sont connectés via les technologies IoT/ICT. Plus précisément, nous étudions les jumeaux numériques cognitifs, les jumeaux numériques (DT) avec des capacités sémantiques accrues. Et comment ils peuvent améliorer la connaissance en temps réel des demandes et des ressources logistiques à l'échelle de la ville pour optimiser la planification des opérations et l'allocation des ressources. Un cadre d'architecture à quatre couches est développé pour intégrer les objets et systèmes logistiques individuels dans les villes intelligentes à un niveau sémantique. Les technologies et normes sous-jacentes sont, par exemple, Property Graph, Web Ontology Language (OWL), Knowledge Graph et Web of Things (WoT). Ensuite, une étude de cas d'utilisation de la livraison de colis à Paris est menée sur une plateforme DT réelle appelée « Thing in the future » (Thing'in), couplée à une simulation à base d'agents sur AnyLogic pour démontrer une application réelle de notre approche. Les résultats impliquent que lorsque la DT individuelle, détenue par un acteur de la logistique urbaine, est capable de communiquer avec l'environnement dynamique, elle peut améliorer l'efficacité de la logistique tout en facilitant l'évaluation des politiques. Il en résultera moins d'externalités négatives, une meilleure utilisation des ressources et une meilleure compréhension des municipalités pour améliorer l'élaboration des politiques. Notre travail met également en évidence le potentiel de l'offre de nouveaux services commerciaux aux prestataires de services logistiques. Sur la base de nos travaux, un prototype d'application réelle est développé par notre partenaire pour faciliter la livraison en voiture et à pied, ce qui montre l'applicabilité concrète de nos travaux.
Fichier non déposé

Dates et versions

tel-04026989 , version 1 (13-03-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04026989 , version 1

Citer

Yu Liu. Cognitive Smart City Logistics: a new approach for sustainable last mile in the era of digitization. Modeling and Simulation. MINES Paris, 2022. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-04026989⟩
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