TY - THES A1 - Weider, Steffen T1 - Integration of Vehicle and Duty Scheduling in Public Transport N2 - This thesis describes the algorithm IS-OPT that integrates scheduling of vehicles and duties in public bus transit. IS-OPT is the first algorithm which solves integrated vehicle and duty scheduling problems arising in medium sized carriers such that its solutions can be used in daily operations without further adaptions. This thesis is structured as follows: The first chapter highlights mathematical models of the planning process of public transit companies and examines their potential for integrating them with other planning steps. It also introduces descriptions of the vehicle and the duty scheduling problem. Chapter 2 motivates why it can be useful to integrate vehicle and duty scheduling, explains approaches of the literature, and gives an outline of our algorithm IS-OPT. The following chapters go into the details of the most important techniques and methods of IS-OPT: In Chapter 3 we describe how we use Lagrangean relaxation in a column generation framework. Next, in Chapter 4, we describe a variant of the proximal bundle method (PBM) that is used to approximate linear programs occurring in the solution process. We introduce here a new variant of the PBM which is able to utilize inexact function evaluation and the use of epsilon-subgradients. We also show the convergence of this method under certain assumptions. Chapter 5 treats the generation of duties for the duty scheduling problem. This problem is modeled as a resourceconstraint- shortest-path-problem with non-linear side constraints and nearly linear objective function. It is solved in a two-stage approach. At first we calculate lower bounds on the reduced costs of duties using certain nodes by a new inexact label-setting algorithm. Then we use these bounds to speed up a depth-first-search algorithm that finds feasible duties. In Chapter 6 we present the primal heuristic of IS-OPT that solves the integrated problem to integrality. We introduce a new branch-and-bound based heuristic which we call rapid branching. Rapid branching uses the proximal bundle method to compute lower bounds, it introduces a heuristic node selection scheme, and it utilizes a new branching rule that fixes sets of many variables at once. The common approach to solve the problems occurring in IS-OPT is to trade inexactness of the solutions for speed of the algorithms. This enables, as we show in Chapter 7, to solve large real world integrated problems by IS-OPT. The scheduled produced by IS-OPT save up to 5% of the vehicle and duty cost of existing schedules of regional and urban public transport companies. N2 - Diese Arbeit beschreibt den Algorithmus IS-OPT, welcher der erste Algorithmus ist, der integrierte Umlauf- und Dienstplanungsprobleme für mittelgroße Verkehrsunternehmen löst und dabei alle betrieblichen Einzelheiten berücksichtigt. Seine Lösungen können daher direkt in den täglichen Betrieb übernommen werden. Im ersten Kapitel werden mathematische Modelle für verschiedenen Probleme aus dem Planungsprozess von Nahverkehrsunternehmen beschrieben. Es werden Ansätze zur Integration der einzelnen Probleme untersucht. In diesem Kapitel werden außerdem das Umlauf- und das Dienstplanungsproblem eingeführt. Kapitel 2 motiviert, warum Integration von Umlauf- und Dienstplanung hilfreich ist oder in welchen Fällen sie sogar unabdingbar ist; es gibt einen Überblick über die vorhanden Literatur zur integrierten Umlauf- und Dienstplanung und umreißt unseren Algorithmus IS-OPT. Die weiteren Kapitel behandeln die in IS-OPT verwendeten Methoden: In Kapitel 3 beschreiben wir, wie Spaltenerzeugung für lineare Programme mit Lagrange-Relaxierung und Subgradienten-Verfahren kombiniert werden kann. In Kapitel 4 wird unsere Variante der proximalen Bündelmethode beschrieben. Diese wird benutzt um näherungsweise primale und duale Lösungen von lineare Programmen zu berechnen. Unsere Variante ist angepasst, um auch mit ungenauer Funktionsauswertung und Epsilon-Subgradienten arbeiten zu können. Wir zeigen die Konvergenz dieser Variante unter bestimmten Annahmen. Kapitel 5 behandelt das Erzeugen von Diensten für das Dienstplanungsproblem. Dieses Problem ist als ein Kürzeste-Wege-Problem mit nichtlinearen Nebenbedingungen und fast linearer Zielfunktion modelliert. Wir lösen es, indem zuerst Schranken für die reduzierten Kosten von Diensten, die bestimmte Knoten benutzen, berechnet werden. Diese Schranken werden benutzt, um in einem Tiefensuchalgorithmus den Suchbaum klein zu halten. Im Kapitel 6 präsentieren wir die neu entwickelte Heuristik "Rapid Branching", die eine ganzzahlige Lösung des integrierten Problems berechnet. Rapid Branching kann als eine spezielle Branch-and-Bound-Heuristik gesehen werden, welche die Bündelmethode benutzt. In den Knoten des Suchbaums können mehrere Variablen auf einmal fixiert werden, die mit Hilfe einer Perturbationsheuristik ausgewählt werden. In Kapitel 7 schließlich zeigen wir, daß wir mit IS-OPT auch große Probleminstanzen aus der Praxis lösen können und dabei bis zu 5% der Fahrzeug- und Dienstkosten sparen können. KW - Öffentlicher Personennahverkehr KW - lineare Optimierung KW - Umlaufplanung KW - Dienstplanung KW - Integration KW - Public Transport KW - linear Optimization KW - vehicle scheduling KW - duty scheduling KW - integration Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:83-opus-16240 ER - TY - GEN A1 - Borndörfer, Ralf A1 - Langenhan, Andreas A1 - Löbel, Andreas A1 - Schulz, Christof A1 - Weider, Steffen T1 - Duty Scheduling Templates N2 - We propose duty templates as a novel concept to produce similar duty schedules for similar days of operation in public transit. Duty templates can conveniently handle various types of similarity requirements, and they can be implemented with ease using standard algorithmic techniques. They have produced good results in practice. T3 - ZIB-Report - 12-09 KW - duty scheduling KW - duty templates Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:0297-zib-14699 SN - 1438-0064 ER - TY - GEN A1 - Borndörfer, Ralf A1 - Schulz, Christof A1 - Seidl, Stephan A1 - Weider, Steffen T1 - Integration of Duty Scheduling and Rostering to Increase Driver Satisfaction N2 - Integrated treatment of hitherto individual steps in the planning process of public transit companies discloses opportunities to reduce costs and to improve the quality of service. The arising integrated planning problems are complex and their solution requires the development of novel mathematical methods. This article proposes a mathematical optimization approach to integrate duty scheduling and rostering in public transit, which allows to significantly increase driver satisfaction at almost zero cost. This is important in order to to increase the attractiveness of the driver profession. The integration is based on coupling the subproblems by duty templates, which, compared to a coupling by duties, drastically reduces the problem complexity. T3 - ZIB-Report - 15-50 KW - Benders decomposition KW - driver satisfaction KW - duty templates KW - duty scheduling KW - rostering Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:0297-zib-56299 SN - 1438-0064 ER - TY - GEN A1 - Borndörfer, Ralf A1 - Dittbrenner, Bastian A1 - Langenhan, Andreas A1 - Seidl, Stephan A1 - Weider, Steffen T1 - Integrierte Dienst- und Dienstreihenfolgeplanung zur Erhöhung der Fahrerzufriedenheit N2 - Wir stellen einen mathematischen Optimierungsansatz zur integrierten Dienst- und Dienstreihenfolgeplanung im öffentlichen Nahverkehr vor, mit dem sich bei konstanten Personalkosten die Fahrerzufriedenheit deutlich steigern lässt. T3 - ZIB-Report - 14-02 KW - duty scheduling KW - duty rostering KW - integrated scheduling KW - Benders' decomposition Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:0297-zib-50270 SN - 1438-0064 ER -