Optimal mathematical modelling of sugarcane harvesting in Thailand

ตัวแบบทางคณิตศาสตร์ที่เหมาะสมของการเก็บเกี่ยวอ้อยในประเทศไทย

Name: Wisanlaya Pornprakun.

keyword: Quasi-Newton method.

LCSH: Mathematical optimization.

LCSH: Sugarcane -- Harvesting -- Thailand.

LCSH: Linear programming.

Abstract: The sugar industry is of great importance to the Thai economy. In general, the government sets sugarcane prices at the beginning of each sugarcane crop year based on type (fresh or fired), sweetness (sugar content) and gross weight. The main aims of this thesis are to use three optimization methods and two optimal control methods to find ''optimal cutting patterns' for harvesting fresh and fired sugarcane for the four sugarcane producing regions of Thailand, namely North, Central, East and North-east, for the crop years 2012/13 to 2018/19. The three optimization methods used are the bi-objective e-constraints method, a constrained quasi-Newton method and linear programming, and the two optimal control methods used are discrete and continuous optimal control. For the bi- objective and constrained quasi-Newton methods and linear programming, a crop year was divided into 15-day periods and an optimal cutting pattern was denied as the amount of each type of sugarcane harvested and delivered to the sugar factories in each period that maximized the profit to the farmers subject to constraints on the maximum amount that could be cut in each period. For linear programming and discrete and continuous optimal control, optimal cutting patterns were found for 1-day periods. Optimal cutting patterns were computed by all methods for a range of values of cutting constraints and costs and compared with the actual profits and actual cutting patterns. The results showed that all methods gave similar optimal cutting patterns and profits. However, there was a big difference in computation times with the linear programming and optimal control methods being orders of magnitude faster than the bi-objective and quasi-Newton methods, even though the linear programming and optimal control methods used approximately 180 1-day cutting periods, whereas the bi-objective and quasi-Newton methods used only 12 15-day cutting periods. Further, the optimal control methods have the advantage over linear programming that they can be used for both linear and nonlinear problems. Finally, we found that the programming for the discrete optimal control was much simpler than for the continuous optimal control and that the computation times were also shorter. The data on prices, costs and actual cutting patterns used in this thesis were obtained from the Ministry of Industry and the Ministry of Agriculture and Co-operatives of the Royal Thai government.

Abstract: อุตสาหกรรมอ้อยและน้ำตาลมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อเศรษฐกิจของประเทศไทย โดย รัฐบาลจะเป็นผู้กำหนดราคาอ้อยก่อนการเปิดหีบ ซึ่งราคาจะขึ้นอยู่กับชนิดของอ้อย (สดและไฟไหม้) ค่าความหวาน (CCS) และ น้ำหนักของอ้อย วัตถุประสงค์หลักของวิทยานิพนธ์ฉบับนี้คือประยุกติใช้วิธีการหาค่าเหมาะสุดสามวิธีและวิธีการควบคุมที่เหมาะสมที่สุดสองวิธี เพื่อหารูปแบบการตัดที่เหมาะสมสำหรับการเก็บเกี่ยวอ้อยสดและอ้อยไฟไหม้ในพื้นที่ของประเทศไทยได้แก่ ภาคเหนือ ภาคกลาง ภาคตะวันออก และภาคตะวันออกเฉียงเหนือ สำหรับฤดูกาลเก็บเกี่ยว ปี 2555/56 ถึง ปี 2561/62 วิธีการหาค่าเหมาะสุดสามวิธีประกอบด้วยวิธีเอปไซลอนที่มีเงื่อนไขบังคับสำหรับปัญหาสองวัตถุประสงค์ วิธีการของ quasi-Newton ที่มีเงื่อนไขบังคับ และวิธีกำหนดการเชิงเส้นสำหรับปัญหาหนึ่งวัตถุประสงค์ และวิธีการควบคุมที่เหมาะสมที่สุดสองวิธีคือ วิธีการควบคุมที่เหมาะสมที่สุดแบบไม่ต่อเนื่องและแบบต่อเนื่อง ผู้วิจัยพิจารณาช่วงเวลาของการเก็บเกี่ยวอ้อยในแต่ละบีเป็น 2 แบบคือ แบบที่ 1 แบ่ง ช่วงเวลาออกเป็นช่วงละ 15 วัน ซึ่งจะใช้สำหรับวิธีการสองวัตถุประสงค์ วิธีการของ quasi-Newton ที่มีเงื่อนไขบังคับ และวิธีกำหนดการเชิงเส้นโดยรูปแบบการตัดที่เหมาะสมจะกำหนดจากปริมาณอ้อยแต่ละชนิดที่เก็บเกี่ยวและส่งไปยังโรงงานน้ำตาลในแต่ละช่วงเวลาของการเก็บเกี่ยว เพื่อเพิ่มผลกำไรให้แก่เกษตรกร ซึ่งมีข้อจำกัดคือปริมาณอ้อยที่สามารถเก็บเกี่ยวได้มากที่สุดในแต่ละช่วงเวลาแบบที่ 2 จะพิจารณาช่วงเวลาเป็นแบบรายวันซึ่งจะใช้สำหรับวิธีกำหนดการเชิงเส้นและวิธีการควบคุมที่เหมาะสมที่สุดแบบไม่ต่อเนื่องและแบบต่อเนื่อง รูปแบบการตัดที่เหมาะสมที่สุดจะถูกคำนวณโดยมีปริมาณอ้อยและต้นทุนเป็นเงื่อนไขบังคับ และถูกนำมาเปรียบเทียบกับรูปแบบการตัดจริง ผลลัพธ์ที่ได้แสดงให้เห็นว่าจากการคำนวณด้วยวิธีการทั้งหมดนั้นจะให้รูปแบบการตัดและผลกำไรที่เหมาะสมที่สุดใกล้เคียงกัน แต่เวลาในการคำนวณแตกต่างกันมาก วิธีกำหนดการเชิงเส้น และวิธีการควบคุมที่เหมาะสมที่สุดใช้เวลาในการคำนวณเร็วกว่าวิธีการสองวัตถุประสงค์และวิธีการของ quasi-Newton แม้ว่าวิธีกำหนดการเชิงเส้นและวิธีการควบคุมที่เหมาะสมที่สุดจะใช้ช่วงเวลาในการตัดเป็นแบบรายวัน ในขณะที่วิธีการสองวัตถุประสงค์และวิธีการของ quasi-Newton ใช้ช่วงเวลาในการตัดเป็นแบบ 15 วันก็ตาม นอกจ ากนี้วิธีการควบคุมที่เหมาะสมที่สุดยังมีข้อได้เปรียบมากกว่าวิธีกำหนดการเชิงเส้นที่สามารถใช้ได้สำหรับปัญหาทั้งแบบเชิงเส้นและแบบไม่เชิงเส้นสุดท้ายพบว่าโปรแกรมสำหรับการควบคุมที่เหมาะสมที่สุดแบบไม่ต่อเนื่องนั้นง่ายกว่าและใช้เวลาในการคำนวณน้อยกว่าการควบคุมที่เหมาะสมที่สุดแบบต่อเนื่อง สำหรับช้อมูลราคา ตันทุน และปริมาณการเก็บเกี่ยวจริงที่ใช้ในวิทยานิพนธ์ฉบับนี้สืบค้นได้จากสำนักงานคณะกรรมการอ้อยและน้ำตาลทราย กระทรวงอุตสาหกรรม

King Mongkut's University of Technology North Bangkok. Central Library

Address: BANGKOK

Email: library@kmutnb.ac.th

Name: Surattana Sungnul

Role: dissert advisor.

Email : surattana.s@sci.kmutnb.ac.th

Name: Chanakarn Kiataramkul

Role: dissert advisor.

Email : chanakarn.k@sci.kmutnb.ac.th

Name: Moore, Elvin James

Role: dissert advisor.

Email : ejm@kmutnb.ac.th

Created: 2020

Modified: 2566-03-15

Issued: 2023-03-15

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

eng

DegreeName: Doctor of Philosophy

Level: Doctoral Degree

Descipline: Applied Mathematics

Grantor: King Mongkut's University of Technology North Bangkok

©copyrights King Mongkut's University of Technology North Bangkok

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	B17586525.pdf	89.3 MB	4	2023-07-19 09:34:23

ใช้เวลา

0.034689 วินาที