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Amberg, Boris: Ressourceneinsatzplanung im öffentlichen Personennahverkehr : Ähnlichkeitsaspekte in der fahrplanübergreifenden Optimierung. 2015
Inhalt
Stand der Technik und Forschungsbedarf
Einleitung und Motivation
Operative Planung im ÖPNV
Ressourceneinsatzplanung im ÖPNV-Planungsprozess
Umlaufplanung
Dienstplanung
Varianten der Umlauf- und Dienstplanung
Sequenzielle Planung – Fahrplanbasierte Umlaufbildung und umlaufbasierte Dienstbildung
Unabhängige Planung – Fahrplanbasierte Dienstbildung
Teilintegrierte Umlauf- und Dienstbildung
Integrierte Umlauf- und Dienstbildung
Ähnlichkeit bzw. Regelmäßigkeit in der Planung
Regelmäßigkeit von Fahrplänen
Ähnliche bzw. regelmäßige Ressourceneinsatzpläne
Verwandte weitere Planungsaufgaben
Unterstützung des Planungsprozesses durch Softwaresysteme mit mathematischen Optimierungsmethoden
Ressourceneinsatzplanung als Optimierungsprobleme betrachtet
Unterstützung beim Finden von kosteneffizienten Ressourceneinsätzen
Unterstützung beim Finden von ähnlichen Ressourceneinsätzen
Zusammenfassung
Mathematischer Hintergrund zur Optimierung von Umläufen und Diensten
Relevante Modellarten
Set-Partitioning/Covering-Problem
Netzwerkflussprobleme
Relevante Optimierungstechniken
Lagrange-Relaxation mit Subgradienten-Verfahren
Column Generation
Branch-and-Bound
Stand der Forschung
Modelle und Methoden für einen kosteneffizienten Ressourceneinsatz
Ein- und Mehr-Depot-Busumlaufplanung
Dienstplanung
Partielle Integration von Umlauf- und Dienstplanung
Vollständige Integration von Umlauf- und Dienstplanung
Behandlung praktischer Anforderungen zur Dienstbildung in Ansätzen zur integrierten Umlauf- und Dienstplanung
Ressourcen(verbräuche) eines Dienstes
Pausenregeln
Fahrzeugwechsel
Ablösemöglichkeiten
Dienstmix
Modelle und Methoden zur Ressourceneinsatzplanung mit Ähnlichkeit
Ähnlichkeit für einen Tag – Referenzplan-basierte Ansätze
Ähnlichkeit für mehrere Tage – Regelmäßigkeit-basierte Ansätze
Verwandte Planung für mehrere Tage ohne Berücksichtigung von Ähnlichkeit
Handlungsbedarf und Zielsetzung
Lösbarkeit einzelner Ressourceneinsatzplanungsprobleme ohne fahrplanübergreifende Optimierung
Optimierungssystem zur Umlauf- und Dienstplanung
Modelltechnische und methodische Grundlage
Modellierung
Lösungsansatz
Basis-Column-Generation-Framework
Netzwerkrepräsentation der zu planenden Ressourcen
Lösen von Master-Problemen mit Lagrange-Relaxation
Spalten-Management
Lösen von Column Generation Pricing-Problemen als ressourcenbeschränkte Kürzeste-Wege- Probleme mit Dynamischer Programmierung
Pricing-Management
Bestimmung ganzzahliger Lösungen
Zusammenfassung
Umsetzung unternehmensspezifischer Regelungen
Anforderungen an die Dienstbildung
Katalog individueller Pausen-, Fahrzeugwechsel- und Ablösemöglichkeiten
Berücksichtigung von Pausenmöglichkeiten
Berücksichtigung von Fahrzeugwechselmöglichkeiten
Berücksichtigung von Ablösemöglichkeiten
Besetzbarkeit von Fahrzeugen außerhalb der Depots
Fallstudie zur Umlauf- und Dienstplanung
Datenbasis des zu untersuchenden Szenarios
Zu berücksichtigende betriebsspezifische Regelungen
Ergebnisse
Zusammenfassung
Neue Ansätze für eine Ressourceneinsatzplanung mit Ähnlichkeitszielen
Bewertung von Ähnlichkeit
Definition r-regelmäßiger Fahrten bzw. Aufgaben
Ähnlichkeit von Fahrplänen
Visualisierungsmittel und qualitative Beurteilung
Kennzahlen und quantitative Beurteilung
Ähnlichkeit von Ressourceneinsätzen
Wiederverwendbarkeit von Ressourceneinsätzen
Regelmäßigkeit unterschiedlicher Ressourceneinsätze
Zusammenfassung
Ressourceneinsatzplanungsprobleme mit Ähnlichkeitszielen
Problemdefinition
Neue Ansätze für tageweise Ähnlichkeit mit einem Referenzplan
Bestimmung eines Referenzplanes
Modellierung RSP-IT-RS: Verknüpfen von Referenzplan und Elastic Cost Constraint
Lösungsansatz: Column Generation und ressourcenbeschränkte kürzeste Wege
Analyse numerischer Ergebnisse
Neue Ansätze für tagesübergreifende Ähnlichkeit durch regelmäßige Muster
Implizite Muster durch heuristische Verfahren
Modellierung S-RSP-IT-RP: Verknüpfen von expliziten Mustern und Regelmäßigkeitsgruppen
Lösungsansatz: Column Generation, ressourcenbeschränkte kürzeste Wege, Branching-Prioritäten, Lagrange-Heuristiken und Variablen-Fixierung
Auswahl expliziter Fahrten- bzw. Aufgabenmuster
Analyse numerischer Ergebnisse
Preprocessing für ähnliche Pläne: Fixieren von Fahrten- bzw. Aufgabensequenzen
Grundschema
Erweiterte Fixierungsmöglichkeiten durch Fahrten- bzw. Aufgabenmuster
Analyse numerischer Ergebnisse
Zusammenfassung
Einbettung der Ähnlichkeitsansätze in Planungsvarianten
Sequenzielle Umlauf- und Dienstplanungsprobleme mit Ähnlichkeitszielen
Problemdefinition – VSP-CSP-IT
Lösungsschema für VSP-CSP-IT
Bilden von kostenoptimalen, ähnlichen Umlaufplänen mittels globaler Flussdekomposition über mehrere Umlaufplanungsnetzwerke
Flussdekomposition auf Basis von RSP-IT-RS
Flussdekomposition auf Basis von S-RSP-IT-RP
Bilden von ähnlichen Umlaufplänen mit erlaubten Mehrkosten
Umlaufplanung auf Basis von RSP-IT-RS
Umlaufplanung auf Basis von S-RSP-IT-RP
Bilden von ähnlichen (Tages-)Umläufen auf Basis von Umlaufblöcken
Tageweises Vorgehen
Tagesübergreifendes Vorgehen
Bilden von ähnlichen Diensten basierend auf (ähnlichen) Umläufen
Sequenzielle Dienstbildung auf Basis von RSP-IT-RS
Sequenzielle Dienstbildung auf Basis von S-RSP-IT-RP
Analyse numerischer Ergebnisse
Teilintegrierte Umlauf- und Dienstplanungsprobleme mit Ähnlichkeitszielen
Problemdefinition – PVCSP-IT
Lösungsschema für PVCSP-IT
Bilden von kosteneffizienten, ähnlichen Bündeln an Umlaufplänen
Bilden von ähnlichen Diensten basierend auf (ähnlichen) Bündeln an Umlaufplänen
Teilintegrierte Dienstbildung auf Basis von RSP-IT-RS
Teilintegrierte Dienstbildung auf Basis von S-RSP-IT-RP
Bilden von (ähnlichen) Umläufen basierend auf ähnlichen Diensten
Analyse numerischer Ergebnisse
Integrierte Umlauf- und Dienstplanungsprobleme mit Ähnlichkeitszielen
Problemdefinition – IVCSP-IT
Lösungsschema für IVCSP-IT
Integrierte Umlauf- und Dienstbildung auf Basis von RSP-IT-RS
Modellierung
Lösungsansatz
Integrierte Umlauf- und Dienstbildung auf Basis von S-RSP-IT-RP
Modellierung
Lösungsansatz
Analyse numerischer Ergebnisse
Zusammenfassung und Ausblick
Literatur
Anhang – Testinstanzen
Dienstarten
Instanzen
Anhang – Beispiele zur Reduktion von Fahrtenpaaren
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