90B20 Traffic problems
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Umsteigen ohne Warten
(2017)
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.
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.
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.
We present the problem of planning mobile tours of inspectors on German motorways to enforce the payment of the toll for heavy good trucks. This is a special type of vehicle routing problem with the objective to conduct as good inspections as possible on the complete network. In addition, the crews of the tours have to be scheduled. Thus, we developed a personalized crew rostering model. The planning of daily tours and the rostering are combined in a novel integrated approach and formulated as a complex and large scale Integer Program. The paper focuses first on different requirements for the rostering and how they can be modeled in detail. The second focus is on a bicriterion analysis of the planning problem to find the balance between the control quality and the roster acceptance. On the one hand the tour planning is a profit maximization problem and on the other hand the rostering should be made in a employee friendly way. Finally, computational results on real-world instances show the practicability of our method.
The treatment of transfers is a major challenge in line planning. Existing models either route passengers and lines sequentially, and hence disregard essential degrees of freedom, or they are of
extremely large scale, and seem to be computationally intractable. We propose a novel direct connection approach that allows an integrated optimization of line and passenger routing, including accurate estimates of the number of direct travelers, for large-scale real-world instances.
Im Zuge der Übernahme von 6 Linien der Havelbus Verkehrsgesellschaft
mbH durch die ViP Verkehr in Potsdam GmbH ergab sich 2009 die Notwendigkeit der
Entwicklung eines neuen Linien- und Taktplans für das Jahr 2010.
Das Konrad-Zuse-Zentrum für Informationstechnik Berlin (ZIB)
entwickelt in einem Projekt des DFG-Forschungszentrums Matheon ein Verfahren zur mathematischen Linienoptimierung. Dieses Tool wurde bei der Optimierung des ViP Linienplans 2010 in
einer projektbegleitenden Studie eingesetzt, um Alternativen bei
verschiedenen Planungs- und Zielvorgaben auszuloten.
In dem Artikel wird eine Auswertung der Ergebnisse mit dem Verkehrsanalysesystem Visum der PTV AG beschrieben. Die Auswertungen bestätigen, dass mit Hilfe von mathematischer Optimierung eine weitere Verkürzung der Reisezeit um 1%, eine
als um 6% verkürzt empfundene Reisezeit, 10% weniger Fahrzeit im
Fahrzeug und eine gleichzeitige Kostenreduktion um 5% möglich sind.
This paper presents a case study on a railway timetable optimization for the very dense Simplon corridor, a major railway connection in the Alps between Switzerland and Italy. Starting from a detailed microscopic network as it is used in railway simulation, the data is transformed by an automatic procedure to a less detailed macroscopic network, that is sufficient for the purpose of capacity planning and amenable to state-of-the-art integer programming optimization methods. In this way, the macroscopic railway network is saturated with trains. Finally, the corresponding timetable is re-transformed to the microscopic level in such a way that it can be operated without any conflicts among the slots. Using this integer programming based micro-macro aggregation-disaggregation approach, it becomes for the first time possible to generate a profit maximal and conflict free timetable for the complete Simplon corridor over an entire day by a simultaneous optimization of all trains requests. This also allows to to undertake a sensitivity analysis of various problem parameters.
In this paper a bottom-up approach of automatic simplification of a railway network is presented. Starting from a very detailed, microscopic level, as it is used in railway simulation, the network is transformed by an algorithm to a less detailed level (macroscopic network), that is sufficient for long-term planning and optimization. In addition running and headway times are rounded to a pre-chosen time discretization by a special cumulative method, which we will present and analyse in this paper. After the transformation we fill the network with given train requests to compute an optimal slot allocation. Then the optimized schedule is re-transformed into the microscopic level and can be simulated without any conflicts occuring between the slots. The algorithm is used to transform the network of the very dense Simplon corridor between Swiss and Italy. With our aggregation it is possible for the first time to generate a profit maximal and conflict free timetable for the corridor across a day by a simultaneously optimization run.
Wir stellen in dieser Arbeit ein mathematisches Optimierungsmodell zur Bestimmung eines optimalen Linienplans vor, das sowohl die Fahrzeiten und die Anzahl der Umstiege berücksichtigt als auch die Kosten des Liniennetzes. Dieses Modell deckt wichtige praktische Anforderungen ab, die in einem gemeinsamen Projekt mit den Verkehrsbetrieben in Potsdam (ViP) formuliert wurden. In diesem Projekt wurde der Linienplan 2010 für Potsdam entwickelt. Unsere Berechnungen zeigen, dass die mathematische Optimierung in nichts einer "Handplanung" des Liniennetzes nachsteht. Im Gegenteil, mit Hilfe des Optimierungsprogramms ist es möglich, durch Veränderung der Parameter mehrere verschiedene Szenarien zu berechnen, miteinander zu vergleichen und Aussagen über minimale Kosten und Fahrzeiten zu machen.