TY - THES A1 - Hoppmann, Heide T1 - A Configuration Model for the Line Planning Problem N2 - In this thesis we present a novel extended formulation for the line planning problem that is based on what we call "configurations" of lines and frequencies. Configurations are combinatorial building blocks of primal solutions; they rule out the "capacity numerics" and make the problem purely combinatorial. The concept of configurations can also be adapted to other capacitated network design problems. The configuration model is strong in the sense that it implies several facet-defining inequalities for the standard model: set cover, symmetric band, multicover, and MIR inequalities. These theoretical findings can be confirmed in computations, however, the enormous number of configurations can blow up the formulation for large instances. We propose a mixed model that enriches the standard model by a judiciously chosen subset of configurations that provide a good compromise between model strength and size. Computational results for large-scale line planning problems are presented. N2 - Das Linienplanungsproblem ist ein wichtiges Teilproblem der Angebotsplanung im öffentlichen Nahverkehr. Dabei werden Routen und Betriebsfrequenzen von Linien in einem gegebenen Infrastrukturnetzwerk gesucht, sodass ein gegebener Beförderungsbedarf gedeckt wird und die Kosten minimal sind. Praktische Ansätze zum Lösen dieser Probleme beruhen auf ganzzahliger Programmierung. Ein Schwachpunkt klassischer Modelle ist, dass schon kleine Änderungen der Eingabeparameter eine Vergrößerung oder Verkleinerung der Menge der zulässigen fraktionalen Lösungen bewirken können, auch wenn die Menge der ganzzahligen Lösungen unverändert bleibt. Wir betrachten in dieser Arbeit einen neuen kombinatorischen Ansatz, welcher die Möglichkeiten den Bedarf auf einer Verbindung im Netzwerk mit Frequenzen zu überdecken mit Hilfe von diskreten "Konfigurationen" beschreibt und dieses Problem eliminiert. Um die Vorteile dieses Konfigurationsmodells aufzuzeigen, vergleichen wir es mit einem klassischen Ansatz, den wir Standardmodell nennen. Wir zeigen, dass das Konfigurationsmodell mehrere facettendefinierende Ungleichungen des Standardmodells impliziert: Setcover-, symmetrische Band-, Multicover- und MIR-Ungleichungen. Diese theoretischen Ergebnisse können wir mit Rechenergebnissen bestätigen. Um die Anzahl dieser Variablen auch für große Instanzen zu beschränken, schlagen wir ein weiteres Modell vor, welches nur eine Teilmenge der Konfigurationsvariablen enthält. Dieses stellt sich als ein sehr guter Kompromiss zwischen der Größe und der Stärke des Modells heraus. Da das Linienplanungsproblem eine Spezialisierung des Netzwerkdesignproblems ist, können unsere Methoden auch auf andere Problemklassen übertragen werden. Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:0297-zib-51610 ER - TY - GEN A1 - Renken, Malte A1 - Ahmadi, Amin A1 - Borndörfer, Ralf A1 - Sahin, Guvenc A1 - Schlechte, Thomas T1 - Demand-Driven Line Planning with Selfish Routing N2 - Bus rapid transit systems in developing and newly industrialized countries are often operated at the limits of passenger capacity. In particular, demand during morning and afternoon peaks is hardly or even not covered with available line plans. In order to develop demand-driven line plans, we use two mathematical models in the form of integer programming problem formulations. While the actual demand data is specified with origin-destination pairs, the arc-based model considers the demand over the arcs derived from the origin-destination demand. In order to test the accuracy of the models in terms of demand satisfaction, we simulate the optimal solutions and compare number of transfers and travel times. We also question the effect of a selfish route choice behavior which in theory results in a Braess-like paradox by increasing the number of transfers when system capacity is increased with additional lines. T3 - ZIB-Report - 17-38 Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:0297-zib-64547 SN - 1438-0064 ER - TY - CHAP A1 - Borndörfer, Ralf A1 - Arslan, Oytun A1 - Elijazyfer, Ziena A1 - Güler, Hakan A1 - Renken, Malte A1 - Sahin, Guvenc A1 - Schlechte, Thomas T1 - Line Planning on Path Networks with Application to the Istanbul Metrobüs T2 - Operations Research Proceedings 2016 N2 - Bus rapid transit systems in developing and newly industrialized countries often consist of a trunk with a path topology. On this trunk, several overlapping lines are operated which provide direct connections. The demand varies heavily over the day, with morning and afternoon peaks typically in reverse directions. We propose an integer programming model for this problem, derive a structural property of line plans in the static (or single period) ``unimodal demand'' case, and consider approaches to the solution of the multi-period version that rely on clustering the demand into peak and off-peak service periods. An application to the Metrobüs system of Istanbul is discussed. Y1 - 2017 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-319-55702-1_32 SP - 235 EP - 241 ER - TY - CHAP A1 - Borndörfer, Ralf A1 - Hoppmann, Heide A1 - Karbstein, Marika ED - Frigioni, Daniele ED - Stiller, Sebastian T1 - A Configuration Model for the Line Planning Problem T2 - ATMOS 2013 - 13th Workshop on Algorithmic Approaches for Transportation Modeling, Optimization, and Systems Y1 - 2013 U6 - https://doi.org/10.4230/OASIcs.ATMOS.2013.68 VL - 33 SP - 68 EP - 79 PB - Schloss Dagstuhl--Leibniz-Zentrum für Informatik ER - TY - JOUR A1 - Karbstein, Marika T1 - Ohne Umsteigen ans Ziel JF - OR News N2 - Die Anforderungen an das Liniennetz eines Verkehrsunternehmens sind vielfältig: kurze Fahrzeiten, viele Direktverbindungen und geringe Kosten. Mathematische Optimierungsmethoden können die Planung von Liniennetzen unterstützen und beste Kompromisse bzgl. aller Anforderungen berechnen. Y1 - 2014 VL - 52 SP - 12 EP - 14 ER - TY - JOUR A1 - Beckenbach, Isabel A1 - Borndörfer, Ralf A1 - Knoben, Loes A1 - Kretz, David A1 - Uetz, Marc J. T1 - The S-Bahn Challenge in Berlin JF - OR News Y1 - 2015 UR - https://gor.uni-paderborn.de/index.php?id=362 IS - 53 SP - 10 EP - 14 ER - TY - JOUR A1 - Hoppmann, Heide T1 - Linienplanung und Minimale Konfigurationen JF - OR News Y1 - 2015 VL - 55 SP - 22 EP - 23 ER - TY - GEN A1 - Hoppmann, Heide T1 - An Extended Formulation for the Line Planning Problem N2 - In this paper we present a novel extended formulation for the line planning problem that is based on what we call “configurations” of lines and frequencies. Configurations account for all possible options to provide a required transportation capacity on an infrastructure edge. The proposed configuration model is strong in the sense that it implies several facet-defining inequalities for the standard model: set cover, symmetric band, MIR, and multicover inequalities. These theoretical findings can be confirmed in computational results. Further, we show how this concept can be generalized to define configurations for subsets of edges; the generalized model implies additional inequalities from the line planning literature. T3 - ZIB-Report - 16-08 KW - Line Planning, Extended Formulation, Public Transport Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:0297-zib-57467 SN - 1438-0064 ER - TY - JOUR A1 - Borndörfer, Ralf A1 - Hoppmann, Heide A1 - Karbstein, Marika T1 - Passenger routing for periodic timetable optimization BT - Planning and Operations JF - Public Transport N2 - The task of periodic timetabling is to determine trip arrival and departure times in a public transport system such that travel and transfer times are minimized. This paper investigates periodic timetabling models with integrated passenger routing. We show that different routing models can have a huge influence on the quality of the entire system: Whatever metric is applied, the performance ratios of timetables w.r.t. different routing models can be arbitrarily large. Computations on a real-world instance for the city of Wuppertal substantiate the theoretical findings. These results indicate the existence of untapped optimization potentials that can be used to improve the efficiency of public transport systems by integrating passenger routing. Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1007/s12469-016-0132-0 PB - Springer-Verlag Berlin Heidelberg ER - TY - GEN A1 - Borndörfer, Ralf A1 - Arslan, Oytun A1 - Elijazyfer, Ziena A1 - Güler, Hakan A1 - Renken, Malte A1 - Sahin, Güvenc A1 - Schlechte, Thomas T1 - Line Planning on Path Networks with Application to the Istanbul Metrobüs N2 - Bus rapid transit systems in developing and newly industrialized countries often consist of a trunk with a path topology. On this trunk, several overlapping lines are operated which provide direct connections. The demand varies heavily over the day, with morning and afternoon peaks typically in reverse directions. We propose an integer programming model for this problem, derive a structural property of line plans in the static (or single period) ``unimodal demand'' case, and consider approaches to the solution of the multi-period version that rely on clustering the demand into peak and off-peak service periods. An application to the Metrobüs system of Istanbul is discussed. T3 - ZIB-Report - 16-38 KW - line planning KW - unimodal demand Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:0297-zib-60119 SN - 1438-0064 ER - TY - CHAP A1 - Borndörfer, Ralf A1 - Hoppmann, Heide A1 - Karbstein, Marika T1 - Separation of Cycle Inequalities for the Periodic Timetabling Problem T2 - 24th Annual European Symposium on Algorithms (ESA 2016) N2 - Cycle inequalities play an important role in the polyhedral study of the periodic timetabling problem. We give the first pseudo-polynomial time separation algorithm for cycle inequalities, and we give a rigorous proof for the pseudo-polynomial time separability of the change-cycle inequalities. The efficiency of these cutting planes is demonstrated on real-world instances of the periodic timetabling problem. Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.4230/LIPIcs.ESA.2016.21 VL - 57 ER - TY - CHAP A1 - Hoppmann, Heide T1 - An Extended Formulation for the Line Planning Problem T2 - Operations Research Proceedings 2015 N2 - In this paper we present a novel extended formulation for the line planning problem that is based on what we call “configurations” of lines and frequencies. Configurations account for all possible options to provide a required transportation capacity on an infrastructure edge. The proposed configuration model is strong in the sense that it implies several facet-defining inequalities for the standard model: set cover, symmetric band, MIR, and multicover inequalities. These theoretical findings can be confirmed in computational results. Further, we show how this concept can be generalized to define configurations for subsets of edges; the generalized model implies additional inequalities from the line planning literature. Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-319-42902-1_2 SP - 11 EP - 17 ER - TY - GEN A1 - Borndörfer, Ralf A1 - Hoppmann, Heide A1 - Karbstein, Marika A1 - Löbel, Fabian T1 - The Modulo Network Simplex with Integrated Passenger Routing N2 - Periodic timetabling is an important strategic planning problem in public transport. The task is to determine periodic arrival and departure times of the lines in a given network, minimizing the travel time of the passengers. We extend the modulo network simplex method, a well-established heuristic for the periodic timetabling problem, by integrating a passenger (re)routing step into the pivot operations. Computations on real-world networks show that we can indeed find timetables with much shorter total travel time, when we take the passengers' travel paths into consideration. T3 - ZIB-Report - 16-43 KW - periodic timetabling, modulo network simplex, passenger routing Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:0297-zib-60319 SN - 1438-0064 ER - TY - CHAP A1 - Borndörfer, Ralf A1 - Hoppmann, Heide A1 - Karbstein, Marika T1 - Umsteigen ohne Warten T2 - HEUREKA 2017 N2 - Wir stellen einen mathematischen Optimierungsansatz zur Berechnung von periodischen Taktfahrplänen vor, bei dem die Umsteigezeiten unter Berücksichtigung des Passagierverhaltens minimiert werden. Wir untersuchen damit den Einfluss wichtiger Systemparameter und Verhaltensmuster auf die Beförderungsqualität. Y1 - 2017 ER - TY - GEN A1 - Grötschel, Martin A1 - Borndörfer, Ralf T1 - Mathematik im Verkehr N2 - Nach einem kurzen Abriss über die Bedeutung des Verkehrssektors als eine wichtige Schlüsseltechnologie im gesamten Verlauf der Menschheitsgeschichte skizzieren wir die Rolle der Mathematik für Verkehr und Transport. Wir spekulieren dann über zukünftige Entwicklungen, insbesondere im Bereich des öffentlichen Personenverkehrs, und begründen, dass die in diesem Bereich anstehenden Herausforderungen nur mit dem Einsatz mathematischer Methoden angemessen bewältigt werden können. Die demographischen Prozesse, die in verschiedenen Teilen der Welt unterschiedlich verlaufen, wie z.B. Überalterung in Europa oder dynamische Trends zu Megastädten in Entwicklungsländern, sich ändernde Lebens- und Produktionsverhältnisse, stark wachsender Bedarf nach Mobilität und enormes Anwachsen der Komplexität der Verkehrsplanung und -durchführung, machen einen verstärkten Zugriff auf mathematische Modellierung, Simulation und Optimierung notwendig. Diese Entwicklung stellt sowohl große Herausforderungen an die Mathematik, wo vielfach noch keine geeigneten Methoden vorhanden sind, als auch an die Praktiker im Bereich von Verkehr und Transport, die sich mit neuen Planungs- und Steuerungstechnologien befassen und diese effizient einsetzen müssen. Hier wird intensive Kooperation zwischen vielen beteiligten Akteuren gefragt sein. T3 - ZIB-Report - 14-03 KW - Optimierung KW - öffentlicher Verkehr Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:0297-zib-50287 SN - 1438-0064 ER - TY - GEN A1 - Borndörfer, Ralf A1 - Hoppmann, Heide A1 - Karbstein, Marika T1 - Umsteigen ohne Warten N2 - Wir stellen einen mathematischen Optimierungsansatz zur Berechnung von periodischen Taktfahrplänen vor, bei dem die Umsteigezeiten unter Berücksichtigung des Passagierverhaltens minimiert werden. Wir untersuchen damit den Einfluss wichtiger Systemparameter und Verhaltensmuster auf die Beförderungsqualität. T3 - ZIB-Report - 17-05 Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:0297-zib-62006 SN - 1438-0064 ER - TY - GEN A1 - Borndörfer, Ralf A1 - Hoppmann, Heide A1 - Karbstein, Marika T1 - A Configuration Model for the Line Planning Problem N2 - We propose a novel extended formulation for the line planning problem in public transport. It is based on a new concept of frequency configurations that account for all possible options to provide a required transportation capacity on an infrastructure edge. We show that this model yields a strong LP relaxation. It implies, in particular, general classes of facet defining inequalities for the standard model. T3 - ZIB-Report - 13-40 KW - combinatorial optimization KW - polyhedral combinatorics KW - line planning Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:0297-zib-41903 SN - 1438-0064 ER - TY - CHAP A1 - Karbstein, Marika T1 - Integrated Line Planning and Passenger Routing: Connectivity and Transfers T2 - Operations Research Proceedings 2014 N2 - The integrated line planning and passenger routing problem is an important planning problem in service design of public transport. A major challenge is the treatment of transfers. A main property of a line system is its connectivity. In this paper we show that analysing the connecvitiy aspect of a line plan gives a new idea to handle the transfer aspect of the line planning problem. Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-319-28697-6_37 SP - 263 EP - 269 ER - TY - GEN A1 - Beckenbach, Isabel A1 - Borndörfer, Ralf A1 - Knoben, Loes A1 - Kretz, David A1 - Uetz, Marc T1 - The S-Bahn Challenge in Berlin N2 - The S-Bahn Challenge in Berlin is a challenge in which one has to travel the entire S-Bahn network of Berlin in the shortest possible time. We explain how the problem can be modeled and solved mathematically. Furthermore, we report on our record attempt on January 10, 2015. T3 - ZIB-Report - 15-13 Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:0297-zib-53792 UR - https://gor.uni-paderborn.de/index.php?id=362 SN - 1438-0064 ER - TY - JOUR A1 - Borndörfer, Ralf A1 - Karbstein, Marika T1 - Neue Planungsinstrumente nutzen: Das Verkehrsangebot verbessern und Kosten sparen JF - Verkehr und Technik N2 - Wir illustrieren anhand des Liniennetzes der Stadt Potsdam das Potenzial mathematischer Methoden der Angebotsplanung. Wir zeigen, dass das "bestmögliche" Verkehrsangebot stark von planerischen Vorgaben beeinflusst wird, mit denen man die Erreichung unterschiedlicher und teilweise gegenläufiger Ziele steuern kann. Die Komplexität des Systems führt zum Auftreten von Rückkoppelungseffekten, die man nicht mit Hilfe von Daumenregeln beherrschen kann. Vielmehr ist der Einsatz moderner Planungsverfahren in einer interdisziplinären Zusammenarbeit von politischen Entscheidungsträgern, Verkehrsingenieuren und Mathematikern notwendig, um die aktuellen Herausforderungen in der Verkehrsplanung zu meistern. Der Artikel dokumentiert einen Beitrag zum 7. ÖPNV Innovationskongress des Ministeriums für Verkehr und Infrastruktur des Landes Baden-Württemberg, der vom 9.-11. März 2015 in Freiburg stattfand. Y1 - 2015 VL - 68 IS - 7 SP - 239 EP - 243 ER - TY - GEN A1 - Borndörfer, Ralf A1 - Hoppmann, Heide A1 - Karbstein, Marika T1 - Passenger Routing for Periodic Timetable Optimization N2 - The task of periodic timetabling is to schedule the trips in a public transport system by determining arrival and departure times at every station such that travel and transfer times are minimized. To date, the optimization literature generally assumes that passengers do not respond to changes in the timetable, i.e., the passenger routes are fixed. This is unrealistic and ignores potentially valuable degrees of freedom. We investigate in this paper periodic timetabling models with integrated passenger routing. We show that different routing models have a huge influence on the quality of the entire system: Whatever metric is applied, the performance ratios of timetables w.r.t. to different routing models can be arbitrarily large. Computations on a real-world instance for the city of Wuppertal substantiate the theoretical findings. These results indicate the existence of untapped optimization potentials that can be used to improve the efficiency of public transport systems. T3 - ZIB-Report - 15-55 KW - Passenger routing KW - Periodic timetabling KW - Public transport Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:0297-zib-56739 SN - 1438-0064 ER - TY - JOUR A1 - Borndörfer, Ralf A1 - Karbstein, Marika T1 - Metric inequalities for routings on direct connections with application to line planning JF - Discrete Optimization N2 - We consider multi-commodity flow problems in which capacities are installed on paths. In this setting, it is often important to distinguish between flows on direct connection routes, using single paths, and flows that include path switching. We derive a feasibility condition for path capacities supporting such direct connection flows similar to the well-known feasibility condition for arc capacities in ordinary multi-commodity flows. The condition can be expressed in terms of a class of metric inequalities for routings on direct connections. We illustrate the concept on the example of the line planning problem in public transport and present an application to large-scale real-world problems. Y1 - 2015 VL - 18 SP - 56 EP - 73 ER - TY - CHAP A1 - Borndörfer, Ralf A1 - Hoppmann, Heide A1 - Karbstein, Marika T1 - Timetabling and Passenger Routing in Public Transport T2 - Proceedings of Conference on Advanced Systems in Public Transport 2015 (CASPT2015) N2 - The task of timetabling is to schedule the trips in a public transport system by determining periodic arrival and departure times at every station. The goal is to provide a service that is both attractive for passengers and can be operated economically. To date, timetable optimization is generally done with respect to fixed passenger routes, i.e., it is assumed that passengers do not respond to changes in the timetable. This is unrealistic and ignores potentially valuable degrees of freedom. We investigate in this paper periodic timetabling models with integrated passenger routing. We propose several models that differ in the allowed passenger paths and the objectives. We compare these models theoretically and report on computations on real-world instances for the city of Wuppertal. KW - Passenger routing KW - Periodic timetabling KW - Public transport Y1 - 2015 ER - TY - GEN A1 - Borndörfer, Ralf A1 - Karbstein, Marika T1 - Metric Inequalities for Routings on Direct Connections with Application in Line Planning N2 - We consider multi-commodity flow problems in which capacities are installed on paths. In this setting, it is often important to distinguish between flows on direct connection routes, using single paths, and flows that include path switching. We derive a feasibility condition for path capacities supporting such direct connection flows similar to the feasibility condition for arc capacities in ordinary multi-commodity flows. The concept allows to solve large-scale real-world line planning problems in public transport including a novel passenger routing model that favors direct connections over connections with transfers. T3 - ZIB-Report - 15-07 KW - combinatorial optimization KW - integer programming KW - line planning KW - transfers KW - direct connection KW - metric inequalities Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:0297-zib-53507 SN - 1438-0064 ER - TY - GEN A1 - Karbstein, Marika T1 - Integrated Line Planning and Passenger Routing: Connectivity and Transfers N2 - The integrated line planning and passenger routing problem is an important planning problem in service design of public transport. A major challenge is the treatment of transfers. A main property of a line system is its connectivity. In this paper we show that analysing the connecvitiy aspect of a line plan gives a new idea to handle the transfer aspect of the line planning problem. T3 - ZIB-Report - 14-42 KW - line planning, transfers,Steiner connectivity problem Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:0297-zib-52986 SN - 1438-0064 ER - TY - GEN A1 - Borndörfer, Ralf A1 - Hoppmann, Heide A1 - Karbstein, Marika T1 - Timetabling and Passenger Routing in Public Transport T2 - Appeard in: Proceedings of Conference on Advanced Systems in Public Transport 2015 (CASPT2015) N2 - The task of timetabling is to schedule the trips in a public transport system by determining periodic arrival and departure times at every station. The goal is to provide a service that is both attractive for passengers and can be operated economically. To date, timetable optimization is generally done with respect to fixed passenger routes, i.e., it is assumed that passengers do not respond to changes in the timetable. This is unrealistic and ignores potentially valuable degrees of freedom. We investigate in this paper periodic timetabling models with integrated passenger routing. We propose several models that differ in the allowed passenger paths and the objectives. We compare these models theoretically and report on computations on real-world instances for the city of Wuppertal. T3 - ZIB-Report - 15-31 KW - Passenger routing KW - Periodic timetabling KW - Public transport Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:0297-zib-55305 SN - 1438-0064 ER - TY - GEN A1 - Borndörfer, Ralf A1 - Karbstein, Marika T1 - Neue Planungsinstrumente nutzen: Das Verkehrsangebot verbessern und Kosten sparen N2 - Wir illustrieren anhand des Liniennetzes der Stadt Potsdam das Potenzial mathematischer Methoden der Angebotsplanung. Wir zeigen, dass das "bestmögliche" Verkehrsangebot stark von planerischen Vorgaben beeinflusst wird, mit denen man die Erreichung unterschiedlicher und teilweise gegenläufiger Ziele steuern kann. Die Komplexität des Systems führt zum Auftreten von Rückkoppelungseffekten, die man nicht mit Hilfe von Daumenregeln beherrschen kann. Vielmehr ist der Einsatz moderner Planungsverfahren in einer interdisziplinären Zusammenarbeit von politischen Entscheidungsträgern, Verkehrsingenieuren und Mathematikern notwendig, um die aktuellen Herausforderungen in der Verkehrsplanung zu meistern. Der Artikel dokumentiert einen Beitrag zum 7. ÖPNV Innovationskongress des Ministeriums für Verkehr und Infrastruktur des Landes Baden-Württemberg, der vom 9.-11. März 2015 in Freiburg stattfand. T3 - ZIB-Report - 15-33 KW - Linienplan KW - Optimierung Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:0297-zib-55439 SN - 1438-0064 ER - TY - JOUR A1 - Borndörfer, Ralf A1 - Hoppmann, Heide A1 - Karbstein, Marika A1 - Lindner, Niels T1 - Separation of cycle inequalities in periodic timetabling JF - Discrete Optimization N2 - Cycle inequalities play an important role in the polyhedral study of the periodic timetabling problem in public transport. We give the first pseudo-polynomial time separation algorithm for cycle inequalities, and we contribute a rigorous proof for the pseudo-polynomial time separability of the change-cycle inequalities. Moreover, we provide several NP-completeness results, indicating that pseudo-polynomial time is best possible. The efficiency of these cutting planes is demonstrated on real-world instances of the periodic timetabling problem. Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1016/j.disopt.2019.100552 IS - 35 SP - 100552 ER - TY - THES A1 - Löbel, Fabian T1 - Solving Integrated Timetabling and Passenger Routing Problems Using the Modulo Network Simplex Algorithm N2 - Common models and solving approaches for the problem of periodic timetabling, that is, determining periodic arrival and departure times of a given public transportation network’s lines so that the total weighted travel time of all passengers is minimized, fail to take passenger behavior into account. Current research is attempting to resolve this issue and first results show a positive impact on solution quality. This thesis aims to give a brief overview of literature on the topic of timetabling and to then state a heuristic approach to Integrated Timetabling by blending passenger behavior into the Modulo Network Simplex algorithm, which is part of the research carried out by the author’s study group at the Zuse Institut Berlin in the framework of MATHEON’s research project MI-3 supported by the Einstein Foundation Berlin. Y1 - 2017 ER - TY - BOOK A1 - Abbink, Erwin A1 - Bärmann, Andreas A1 - Bešinovic, Nikola A1 - Bohlin, Markus A1 - Cacchiani, Valentina A1 - Caimi, Gabrio A1 - de Fabris, Stefano A1 - Dollevoet, Twan A1 - Fischer, Frank A1 - Fügenschuh, Armin A1 - Galli, Laura A1 - Goverde, Rob M.P. A1 - Hansmann, Ronny A1 - Homfeld, Henning A1 - Huisman, Dennis A1 - Johann, Marc A1 - Klug, Torsten A1 - Törnquist Krasemann, Johanna A1 - Kroon, Leo A1 - Lamorgese, Leonardo A1 - Liers, Frauke A1 - Mannino, Carlo A1 - Medeossi, Giorgio A1 - Pacciarelli, Dario A1 - Reuther, Markus A1 - Schlechte, Thomas A1 - Schmidt, Marie A1 - Schöbel, Anita A1 - Schülldorf, Hanno A1 - Stieber, Anke A1 - Stiller, Sebastian A1 - Toth, Paolo A1 - Zimmermann, Uwe ED - Borndörfer, Ralf ED - Klug, Torsten ED - Lamorgese, Leonardo ED - Mannino, Carlo ED - Reuther, Markus ED - Schlechte, Thomas T1 - Handbook of Optimization in the Railway Industry N2 - This book promotes the use of mathematical optimization and operations research methods in rail transportation. The editors assembled thirteen contributions from leading scholars to present a unified voice, standardize terminology, and assess the state-of-the-art. There are three main clusters of articles, corresponding to the classical stages of the planning process: strategic, tactical, and operational. These three clusters are further subdivided into five parts which correspond to the main phases of the railway network planning process: network assessment, capacity planning, timetabling, resource planning, and operational planning. Individual chapters cover: Simulation Capacity Assessment Network Design Train Routing Robust Timetabling Event Scheduling Track Allocation Blocking Shunting Rolling Stock Crew Scheduling Dispatching Delay Propagation Y1 - 2018 SN - 978-3-319-72152-1 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-319-72153-8 VL - 268 PB - Springer Verlag ER - TY - THES A1 - Akil, Fatima T1 - Lineare Gleichungssysteme modulo T N2 - Mit dem Voranschreiten der Technologie erhalten die öffentlichen Verkehrsmittel eine größere Bedeutung. Die Beförderung mehrerer Personen eröffnet der Gesellschaft viele Möglichkeiten, unter Anderem den Vorteil der Zeitersparnis. Die Dauer des Verkehrswegs mit öffentlichen Verkehrsmitteln ist häufig geringer, als die mit individuellen Verkehrsmitteln. Jedes öffentliche Transportmittel ist mit einem Fahrplan versehen. Dieser bietet Passagieren, die öffentliche Verkehrsmittel öfter nutzen, eine Strukturierung und Planung ihrer Zeit. Dabei lassen sich Taktfahrpläne aufgrund ihres periodischen Verhaltens leicht einprägen. Dieses periodische Verhalten ist durch mathematische Modellierungen darstellbar. Das persönliche Nutzverhalten vieler Bürger im Personenverkehr ist auf die öffentlichen Verkehrsmittel beschränkt. Diese beinhalten im Gegensatz zum individuellen Verkehrsmittel eine Wartezeit. Dabei stellt sich die Frage, ob man anhand mathematischer Modelle diese Wartezeit minimieren kann. Eine bekannte mathematische Modellierung dieses Problems ist das Periodic Event Scheduling Problem (PESP). Die optimale Planung eines periodischen Taktfahrplanes steht im Vordergrund. Während ich dieses Problem betrachtet habe, wurde ich auf das Rechnen mit linearen Gleichungssystemen modulo T aufmerksam. Bei periodischen Taktfahrplänen wird ein einheitliches zeitliches Muster, welches sich nach T Minuten wiederholt, betrachtet. Das dabei zu betrachtende Lösungsproblem eröffnet ein Teilgebiet der Mathematik, welches bislang nicht im Vordergrund stand: Das Lösen linearer Gleichungen modulo T, wobei T für die Zeit in Minuten steht und somit 60 ist. Da 60 keine Primzahl ist, kann – wie im Laufe der Arbeit präsentiert – das lineare Gleichungssystem nicht mehr über einen Körper gelöst werden. Lineare Gleichungssysteme werden nun über Nicht-Körpern betrachtet. Die Literatur weist sowohl im deutschsprachigem als auch im englischsprachigen Raum wenig Umfang bezüglich linearer Gleichungssysteme über Nicht-Körper auf. Der Bestand an Fachliteratur bezüglich den Themen lineare diophantische Gleichungssysteme, Hermite- Normalform und Smith-Normalform ist zurzeit gering, dennoch erreichbar, beispielsweise in [1], welches in dieser Bachelorarbeit genutzt wurde. Insbesondere wurde ich bei der Suche nach geeigneter Literatur zu linearen Gleichungssystemen über Restklassenringe, die keinen Körper bilden, nicht fündig. Dabei recherchierte ich sowohl in den Universitätsbibliotheken als auch in webbasierenden Suchmaschinen. Aufgrund dem geringen Bestand an Fachliteratur in diesem Kontext, war ich gezwungen, an vielen Stellen eigene logische Verknüpfungen zu konzipieren und zu beweisen. Dies brachte viele Schwierigkeiten mit sich, die mit bestmöglichem Verständnis bearbeitet wurden. Abseits der Zugänglichkeit der Literatur, finde ich es sehr überraschend, dass sich viele Professoren der Mathematik mit diesem Themenbereich nicht beschäftigten. Insbesondere gingen von den Dozenten, die ich um Literaturempfehlung bat, kein Werk aus. Damit wurde das Thema "Lineare Gleichungssysteme Modulo T" einerseits eine große Herausforderung, andererseits eine große Motivation, da ich mit dieser Bachelorarbeit vielen Interessenten der Mathematik als Sekundärliteratur dienen kann. Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:0297-zib-71560 ER - TY - THES A1 - Mett, Fabian T1 - Über die optimale Platzierung von Ladestationen für Elektrobusse N2 - In dieser Arbeit wird die Platzierung von Ladestationen für Elektrobusse untersucht. Dabei soll für eine Menge an gegebenen Linien eine Menge an Ladestationen gefunden werden, sodass jede Linie mit Nutzung der Ladestationen befahren werden kann und gleichzeitig die Kosten minimal sind. Zunächst wird der Fall betrachtet, dass die Batterie an jeder Station komplett vollgeladen werden könnte. Dieses Problem stellt sich als NP-schwer heraus. Für einige einfachere Fällewerden zudem Algorithmen entwickelt und untersucht. Anschließend wird der Fall einer unbegrenzt großen Batterie betrachtet, wobei an jeder Station derselbe Wert geladen werden kann. Auch dieses Problem ist NP-schwer. Erneut werden Algorithmen zur Lösung vereinfachter Problemstellungen gegeben und analysiert. Wird zudem angenommen, an jeder Station würde ein individueller Wert geladen, so ist das Problem schon für nur eine einzige Linie NP-schwer. Dennoch werden zwei exakte und ein approximierender Algorithmus entwickelt. Schließlich wird eine Batteriekapazität hinzugefügt und die zuvor entwickelten Algorithmen werden entsprechend angepasst. Für die abschließende Problemdefinition werden verschiedene Batteriegrößen betrachtet und es werden zwei gemischt-ganzzahlige Programme aufgestellt. Anhand von existierenden Buslinien aus Berlin werden diese untersucht. Dabei stellt sich heraus, dass die Batteriekosten einen deutlich größeren Teil der Kosten ausmachen als die Ladestationen. Zudem sollten kleinere Batterien statt größerer und mehr Ladestationen genutzt werden. Y1 - 2018 ER - TY - GEN ED - Borndörfer, Ralf ED - Storandt, Sabine T1 - Proceedings of the 18th Workshop on Algorithmic Approaches for Transportation Modelling, Optimization, and Systems N2 - Running and optimizing transportation systems give rise to very complex and large-scale optimization problems requiring innovative solution techniques and ideas from mathematical optimization, theoretical computer science, and operations research. Since 2000, the series of Algorithmic Approaches for Transportation Modelling, Optimization, and Systems (ATMOS) workshops brings together researchers and practitioners who are interested in all aspects of algorithmic methods and models for transportation optimization and provides a forum for the exchange and dissemination of new ideas and techniques. The scope of ATMOS comprises all modes of transportation. The 18th ATMOS workshop (ATMOS’18) was held in connection with ALGO’18 and hosted by Aalto University in Helsinki, Finland, on August 23–24, 2018. Topics of interest were all optimization problems for passenger and freight transport, including, but not limited to, demand forecasting, models for user behavior, design of pricing systems, infrastructure planning, multi-modal transport optimization, mobile applications for transport, congestion modelling and reduction, line planning, timetable generation, routing and platform assignment, vehicle scheduling, route planning, crew and duty scheduling, rostering, delay management, routing in road networks, traffic guidance, and electro mobility. Of particular interest were papers applying and advancing techniques like graph and network algorithms, combinatorial optimization, mathematical programming, approximation algorithms, methods for the integration of planning stages, stochastic and robust optimization, online and real-time algorithms, algorithmic game theory, heuristics for real-world instances, and simulation tools. There were twenty-nine submissions from eighteen countries. All of them were reviewed by at least three referees in ninety-one reviews, among them five external ones, and judged on their originality, technical quality, and relevance to the topics of the workshop. Based on the reviews, the program committee selected sixteen submissions to be presented at the workshop (acceptance rate: 55%), which are collected in this volume in the order in which they were presented. Together, they quite impressively demonstrate the range of applicability of algorithmic optimization to transportation problems in a wide sense. In addition, Dennis Huisman kindly agreed to complement the program with an invited talk on Railway Disruption Management: State-of-the-art in practice and new research directions. Based on the reviews, Ralf Borndörfer, Marika Karbstein, Christian Liebchen, and Niels Lindner won the Best Paper Award of ATMOS’18 with their paper A simple way to compute the number of vehicles that Are required to operate a periodic timetable. In addition, we awarded Tomas Lidén the Best VGI Paper Award of ATMOS’18 for his paper Reformulations for railway traffic and maintenance planning. We would like to thank the members of the Steering Committee of ATMOS for giving us the opportunity to serve as Program Chairs of ATMOS’18, all the authors who submitted papers, Dennis Huisman for accepting our invitation to present an invited talk, the members of the Program Committee and the additional reviewers for their valuable work in selecting the papers appearing in this volume, our sponsors MODAL, TomTom, and VGIscience for their support of the prizes, and the local organizers for hosting the workshop as part of ALGO’18. We acknowledge the use of the EasyChair system for the great help in managing the submission and review processes, and Schloss Dagstuhl for publishing the proceedings of ATMOS’18 in its OASIcs series. Y1 - 2018 SN - ISBN 978-3-95977-096-5 U6 - https://doi.org/10.4230/OASIcs.ATMOS.2018.0 PB - Dagstuhl Publishing, Saarbrücken/Wadern, Germany ER - TY - THES A1 - Jeschke, Björn-Marcel T1 - Alternativen zum Dijkstra Algorithmus in der (Nah-) Verkehrsoptimierung N2 - In dieser Arbeit betrachten wir das Problem, für den Fahrplan eines (Nah-) Verkehrsnetzes schnellste Wege zu berechnen. Da die Verkehrsmittel zu unterschiedlichen Zeiten von den einzelnen Haltestellen/Bahnhöfen abfahren, kann das Problem nicht ohne Weiteres mit einem „statischen“ Graphen modelliert werden. Es gibt zwei unterschiedliche Ansätze für dieses zeitabhängige Problem: Erstens können die verschiedenen An-/Abfahrtereignisse an einem Halt durch „Kopien“ dargestellt werden, das ist das zeit-expandierte Modell. Zweitens können die Gewichte der Kanten zeitabhängig sein, das ist das zeitabhängige Modell. Wir untersuchen in dieser Arbeit, wie der „klassische“ Dijkstra-Algorithmus und der A* Algorithmus mit einer geeigneten Heuristik im Vergleich abschneiden. Die gewählte Heuristik ist der Abstand zum Zielknoten, wenn die Abfahrtszeiten ignoriert werden. Nach unseren Untersuchungen zeigt sich, dass der A* Algorithmus dem Dijkstra-Algorithmus weit überlegen ist für genügend große Nahverkehrsnetze. Wir testen anhand der echten Verkehrsnetze von Berlin und Aachen. Unsere Berechnungen zeigen, dass die gewählte Heuristik besonders gut ist für Start- und Zielknoten, welche unabhängig von ihrer Distanz nur 1–2 verschiedene mögliche kürzeste Pfade für alle Zeitschritte haben. Dort ist der A* Algorithmus bis zu 20-mal schneller. Dies kommt aber nicht häufig in unseren Testinstanzen vor. Die einzelnen Laufzeitvergleich zeigen, dass der A* Algorithmus durchschnittlich 7-mal so schnell ist wie der Dikstra-Algorithmus. Y1 - 2017 ER - TY - GEN A1 - Borndörfer, Ralf A1 - Egerer, Ascan A1 - Karbstein, Marika A1 - Messerschmidt, Ralf A1 - Perez, Marc A1 - Pfisterer, Steven A1 - Strauß, Petra T1 - Kombilösung: Optimierung des Liniennetzes in Karlsruhe N2 - Wir beschreiben die Optimierung des Nahverkehrsnetzes der Stadt Karlsruhe im Zusammmenhang mit den Baumaßnahmen der sogenannten Kombilösung. T3 - ZIB-Report - 18-45 KW - ÖPNV KW - Linienplanung Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:0297-zib-69677 SN - 1438-0064 ER - TY - CHAP A1 - Borndörfer, Ralf A1 - Hoppmann, Heide A1 - Karbstein, Marika A1 - Löbel, Fabian T1 - The Modulo Network Simplex with Integrated Passenger Routing T2 - Operations Research Proceedings 2016 N2 - Periodic timetabling is an important strategic planning problem in public transport. The task is to determine periodic arrival and departure times of the lines in a given network, minimizing the travel time of the passengers. We extend the modulo network simplex method, a well-established heuristic for the periodic timetabling problem, by integrating a passenger (re)routing step into the pivot operations. Computations on real-world networks show that we can indeed find timetables with much shorter total travel time, when we take the passengers' travel paths into consideration. Y1 - 2016 ER -