E-Book, Deutsch, 268 Seiten, eBook
Reihe: Logistik, Mobilität und Verkehr
ISBN: 978-3-8349-8466-1
Verlag: Betriebswirtschaftlicher Verlag Gabler
Format: PDF
Kopierschutz: Wasserzeichen (»Systemvoraussetzungen)
Dr. Jens Opitz promovierte bei Uni-Prof. Dr. rer. nat. habil. Karl Nachtigall am Lehrstuhl für Verkehrsströmungslehre an der Fakultät für Verkehrswissenschaften 'Friedrich List' der Technischen Universität Dresden.
Zielgruppe
Research
Autoren/Hrsg.
Weitere Infos & Material
1;Geleitwort;6
2;Vorwort;8
3;Inhaltsverzeichnis;10
4;Abbildungsverzeichnis;14
5;Tabellenverzeichnis;18
6;Abkürzungsverzeicnis;20
7;Fachbegriffsverzeichnis;22
8;Symbolverzeichnis;24
9;Teil I Einführung;27
10;1 Einführung in die Problematik;28
10.1;1.1 Motivation;28
10.2;1.2 Umsetzung;31
11;2 Thematische Grundlagen;34
11.1;2.1 Verkehrsplanung im öffentlichen Personenverkehr;34
11.2;2.2 Eingliederung von Taktfahrplänen in den Gesamtkontext;36
11.2.1;2.2.1 Definition Fahrplan;36
11.2.2;2.2.2 Taktfahrplan;38
11.2.3;2.2.3 Ermittlung von Fahrplänen;40
11.2.4;2.2.4 Erzeugung von Taktfahrplänen;43
11.2.5;2.2.5 Optimierung von Taktfahrplänen;47
11.2.6;2.2.6 Verkehrsplanerische Hinweise;54
11.3;2.3 Trassenkonstruktion;55
11.4;2.4 Schienengebundener Güterverkehr;57
11.4.1;2.4.1 Einführung;57
11.4.2;2.4.2 Mischverkehr;58
11.4.3;2.4.3 Trassengestaltung im Güterverkehr;58
12;3 Untersuchungsgebiete – reale Verkehrsbeispiele;60
12.1;3.1 Südwestdeutschland;60
12.1.1;3.1.1 Beschreibung des Untersuchungsgebietes;60
12.1.2;3.1.2 Betriebsprogramm;61
12.2;3.2 Nordrhein-Westfalen;67
12.3;3.3 Mitteldeutscher Raum;68
13;Teil II Automatisches Erzeugen von Taktfahrplänen;70
14;4 Theoretische Grundlagen;71
14.1;4.1 Einführung;71
14.2;4.2 Charakteristika nicht-periodischer Ereignisse;72
14.2.1;4.2.1 Definitionen;72
14.2.2;4.2.2 Mathematische Problemformulierung;75
14.2.3;4.2.3 Zulässigkeit;76
14.3;4.3 Periodische Ereignisse;76
14.3.1;4.3.1 Definitionen;76
14.3.2;4.3.2 Mathematische Problemformulierung;81
14.3.3;4.3.3 Zulässigkeit;82
14.4;4.4 Periodisches Ereignisnetzwerk;83
14.4.1;4.4.1 Vereinbarungen im Modell;83
14.4.2;4.4.2 Techniken zur Problemreduktion;92
15;5 Praktische Umsetzung;95
15.1;5.1 Überblick;95
15.2;5.2 Erstellung des PESP;95
15.3;5.3 PESP-Solver;100
15.4;5.4 Lokale Konfliktauflösung;102
15.4.1;5.4.1 Einführung;102
15.4.2;5.4.2 Betriebliche Lösungsmöglichkeiten;104
15.4.3;5.4.3 Lösung durch Relaxation der oberen Schranke;107
15.5;5.5 Verkehrsbeispiel;112
15.6;5.6 Zusammenfassung;115
16;Teil III Maximierung von getakteten Systemtrassen;117
17;6 Maximalstrom mit dynamischer Kapazit ¨ atsallokation;118
17.1;6.1 Theorie;118
17.1.1;6.1.1 Einführung;118
17.1.2;6.1.2 Güterflussnetzwerk;119
17.1.3;6.1.3 Modellbeschreibung;120
17.1.4;6.1.4 Min-Cut Max-Flow Theorem;121
17.1.5;6.1.5 Algorithmus;122
17.2;6.2 Praktische Umsetzung;125
17.2.1;6.2.1 Grundlagen;125
17.2.2;6.2.2 Musterzugatome;126
17.2.3;6.2.3 Verwendete Netzwerke;131
17.2.4;6.2.4 Flowmaster;135
17.3;6.3 Trade off: PV vs. GV;136
17.3.1;6.3.1 Maximale Streckenkapazität;137
17.3.2;6.3.2 Bündelungseffekte;140
17.3.3;6.3.3 Angebotsqualität;141
17.3.4;6.3.4 Symmetrischer Fahrplan;143
17.4;6.4 Zusammenfassung und Auswertung;144
18;Teil IV Optimierung von Taktfahrplänen;146
19;7 Optimierungsverfahren;147
19.1;7.1 Einführung;147
19.2;7.2 Klassifizierung von Lösungsverfahren;148
19.3;7.3 Optimierung von gewichteten Wartezeiten;152
19.4;7.4 Heuristische Methoden der Optimierung;153
19.4.1;7.4.1 Ignorieren von Umsteige- oder Haltevorgängen;153
19.4.2;7.4.2 Eine lokale Verbesserungsmethode;153
19.4.3;7.4.3 Teilweise fixierte Moduloparameter von;153
19.5;7.5 Minimierung der Gesamtreisezeit;154
20;8 Verkehrsumlegung;156
20.1;8.1 Zweck der Verkehrsumlegung;156
20.2;8.2 Überblick;157
20.3;8.3 Erzeugung des Verkehrsaufkommens;159
20.4;8.4 Verkehrsverteilung;160
20.4.1;Das Gravitationsmodell;160
20.5;8.5 Widerstandsfunktion eines Verkehrsweges;162
20.6;8.6 Umlegung - Ergebnisse als Belastungszahlen;163
20.6.1;8.6.1 Gewichtung der Betriebsstellen;163
20.6.2;8.6.2 Einlesen zellbezogener Verkehrsströme;164
20.6.3;8.6.3 Anbindung externer Verkehrsbezirke;164
20.6.4;8.6.4 Berechnung der knotenbezogenen Verkehrsströme;167
20.6.5;8.6.5 Umlegung der errechneten Ströme;168
21;9 Modulo-Netzwerk-Simplex-Verfahren;169
21.1;9.1 Optimierung im nicht-periodischen Modell;169
21.2;9.2 Optimierung im periodischen Modell;176
21.3;9.3 Erweiterung des Verfahrens;186
21.3.1;9.3.1 Erzeugung von Facetten für YI;186
21.3.2;9.3.2 Gestalt des Simplex-Tableaus;191
21.3.3;9.3.3 Erweiterung des Modulo-Netzwerk-Simplex-Algorithmus;193
21.4;9.4 Weitere Überlegungen;198
21.4.1;9.4.1 Lineare Unabhängigkeit der Kreisungleichungen;198
21.4.2;9.4.2 Erzeugung unterer Schranken;199
21.5;9.5 Rechenergebnisse;204
21.6;9.6 Zusammenfassung;205
22;Teil V Zusammenfassung und Ausblick;207
23;Zusammenfassung;208
24;Anhang;213
25;Anhang A Programmsystem TAKT;214
25.1;A.1 Einführung;214
25.1.1;A.1.1 Systemvoraussetzungen;215
25.1.2;A.1.2 Benötigte Daten;215
25.2;A.2 Funktionalitäten in TAKT;216
25.2.1;A.2.1 Anzeige des Netzmodells;219
25.2.2;A.2.2 Anzeige von Fahrplänen;220
25.2.3;A.2.3 Erzeugung von Fahrplänen;221
26;Anhang B Tabellarische Fahrpläne;223
27;Anhang C Zuggattungsbezogene Wichtungsfaktoren;232
27.1;C.1 Einführung;232
27.2;C.2 Allgemeine Regelungen zur Konfliktlösung;232
27.2.1;C.2.1 Regelungen aus der EIBV zur Trassenvergabe;233
27.2.2;C.2.2 Dispositionsregeln der DB Netz AG;233
27.3;C.3 Zahlenmäßige Gewichtung von Zuggattungen;233
27.3.1;C.3.1 Wartezeitregelungen im PV;233
27.3.2;C.3.2 Monetäre Bewertung von Verspätungsminuten;234
27.3.3;C.3.3 Weitere Wichtungsansätze;236
27.4;C.4 Wichtungsstrategien;240
27.4.1;C.4.1 Globale Wichtung;240
27.4.2;C.4.2 Teillokale und lokale Wichtung;240
27.4.3;C.4.3 Kombinierter Wichtungsansatz;240
27.5;C.5 Parameterstudie;241
27.5.1;C.5.1 Zielstellung und Inhalt;241
27.5.2;C.5.2 Infrastruktur und Betriebsprogramm;241
27.5.3;C.5.3 Wichtungsvarianten;246
27.5.4;C.5.4 Bewertung der erzeugten Wichtungsvarianten;248
27.6;C.6 Zusammenfassung und Ausblick;254
28;Anhang D Lineare Optimierung;255
28.1;D.1 Einführung;255
28.2;D.2 Theorie der linearen Programmierung;256
28.3;D.3 Mathematische Grundlagen;257
28.4;D.4 Standardproblem;259
28.5;D.5 Basen eines linearen Programms;262
28.6;D.6 Primales Simplexverfahren;263
28.6.1;D.6.1 Aufstellen des Anfangstableaus;264
28.6.2;D.6.2 Wahl des Pivotelementes;265
28.6.3;D.6.3 Durchführung eines Basisaustausches;265
28.6.4;D.6.4 Abbruchkriterium;265
28.7;D.7 Duales Simplexverfahren;266
28.7.1;D.7.1 Aufstellen des Anfangstableaus;266
28.7.2;D.7.2 Wahl des Pivotelementes;267
28.7.3;D.7.3 Durchführung eines Basisaustausches;267
28.7.4;D.7.4 Abbruchkriterium;267
28.8;D.8 Dualität linearer Programme;267
28.8.1;D.8.1 Duale lineare Optimierungsprobleme;267
28.8.2;D.8.2 Duales Modell;267
28.8.3;D.8.3 Interpretation der Dualvariablen;269
28.9;D.9 Ganzzahlige und kombinatorische Optimierung;269
28.9.1;D.9.1 Ganzzahlige lineare Programme;270
28.9.2;D.9.2 Lösung;271
28.9.3;D.9.3 Verfahren der Spaltengenerierung;273
29;Literaturverzeichnis;275
Einführung.- Einführung in die Problematik.- Thematische Grundlagen.- Untersuchungsgebiete – reale Verkehrsbeispiele.- Automatisches Erzeugen von Taktfahrplänen.- Theoretische Grundlagen.- Praktische Umsetzung.- Maximierung von getakteten Systemtrassen.- Maximalstrom mit dynamischer Kapazitätsallokation.- Optimierung von Taktfahrplänen.- Optimierungsverfahren.- Verkehrsumlegung.- Modulo-Netzwerk-Simplex-Verfahren.- Zusammenfassung und Ausblick.- Zusammenfassung.
Kapitel 2 Thematische Grundlagen (S. 9)
2.1 Verkehrsplanung im öffentlichen Personenverkehr
Um das in dieser Arbeit wissenschaftlich untersuchte Themengebiet richtig einordnen zu können, wird als erstes die (bisherige) Verkehrsplanung im öffentlichen PV vorgestellt.
Die Planung von Beförderungsleistungen im öffentlichen PV und Transportleistungen im GV basieren auf der vorausschauenden Festlegung von:
• einzelnen Fahrtbewegungen zwischen je einem Start- und einem Zielort (ggf. im Hin- und Rücklauf)
• der Zuweisung der Betriebsmittel und -personale zu diesen Zug- bzw. Fahrzeugpaaren. Die Ausgangssituation der Verkehrsplanung im Eisenbahnverkehr wird im Folgenden kurz skizziert.
Die Modelle sind jedoch nicht auf den Eisenbahnverkehr beschränkt. So ist die Anpassung der Algorithmen für ein großes Regionalbusnetz Gegenstand aktueller Forschung an der Professur für Verkehrsströmungslehre. Anhand von Beispieldaten wird die Leistungsfähigkeit von TAKT auch diesbezüglich geprüft.
Die folgenden Ausführungen befassen sich mit dem schienengebundenen öffentlichen PV. Die Konzeption eines für den Kunden attraktiven und für den Verkehrsbetrieb wirtschaftlichen Liniennetzes erfordert neben umfangreichen Kenntnissen über die Reisewünsche der Kunden (Verkehrsaufkommen) und die betriebliche Infrastruktur eine Methodik und mathematische Modellbildung.
Führt man sich die Problemdimension am Beispiel der Deutschen Bahn (DB) AG vor Augen, bei der schon im Jahre 2006 ca. 229.000 Angestellte auf 34.122 Gleiskilometern 1,854 Mrd. Personen insgesamt 74.788 Mrd. Personenkilometer weit beförderten (aus: Daten und Fakten Geschäftsjahr 2007), so lässt sich leicht erkennen, dass die Planung eines derart komplexen Systems nicht in einem Schritt durchgefhrt werden kann.
Die Abbildung 2.1 zeigt den grundsätzlichen Ablauf des Planungsprozesses, wie er sich typischerweise im schienengebundenen Verkehr ergibt. Auf der Basis einer Verkehrsnachfrage wird in der Angebotsdefinition ein Konzept zum Betrieb des Verkehrssystems entwickelt. Das Planungsvorgehen kann in drei Phasen gegliedert werden: die strategische Planung, die taktische Planung sowie die Umsetzung auf dispositiver Ebene.
Im Rahmen der strategischen Planung wird basierend auf der Verkehrsnachfrage eine Netzstrukturuntersuchung zur Ermittlung der Haltebahnhöfe und der Wegstrecken des Angebotssystems durchgeführt. Nun kann unter Berücksichtigung der Quelle-Ziel-Matrix ein Linienkonzept entwickelt werden.
Bei der Fahrlagenplanung erfolgt die Festlegung der Abfahrtszeit in einem Knoten. Die Hauptaufgabe liegt u. a. darin, die Fahrlagen der Linien so festzulegen, dass in Verknüpfungsbahnhöfen zwischen den Linien kurze Umsteigezeiten entstehen. Auf der taktischen Ebene werden bei der zugweisen Fahrplanung die einzelnen Fahrten einer Linie lokalen und tageszeitlichen Erfordernissen sowie betrieblichen Zwängen ggf. auf abschnittsweise abweichenden Linienwegen angepasst.
Die Fahrzeugeinsatzplanung beschäftigt sich mit der Zuordnung von Fahrzeugen zu den einzelnen Fahrten, die Aufgabe der Dienstplanung besteht in der Besetzung der Fahrzeuge mit Personal. Die dispositive Ebene schließlich ist für die möglichst reibungslose Durchführung des geplanten Betriebes zuständig. Die einzelnen Prozesse dieses an vielen Stellen stark vereinfachten Planungsablaufes müssen effizient durchgeführt werden.
Zur Erstellung einer für den Verkehrsbetreiber praktikablen Lösung bedarf es der Rückkopplung verschiedener Planungsphasen. Diese Rückkopplung kann entweder durch einen iterativen Durchlauf durch Teile der Planungsphasen erreicht werden oder durch Algorithmen, die eine simultane Lösung von Teilen des Gesamtplanungsprozesses gestatten. Beispielhaft sind: - simultane Liniennetzplanung und Fahrlagenplanung und - Fahrlagenplanung mit Berücksichtigung der zugweisen Fahrplanung, der Fahrzeugeinsatzplanung und der Dienstplanung.
