Effizienz von Fahrer und Fahrzeugen neu definiert



IS-OPT


Einleitung

Umlauf- und Dienstplanung sind zwei der wichtigsten operativen Planungsschritte im öffentlichen Personennahverkehr. In der Umlaufplanung wird der Einsatz von Fahrzeugen auf Basis der geplanten Fahrgastfahrten bestimmt und in der Dienstplanung werden die Fahrdienste für das Fahrpersonal gebildet. Damit bestimmen diese beiden Planungsschritte die Effizienz des Einsatzes der wichtigsten beiden Ressourcen von Verkehrsunternehmen: Fahrer und Fahrzeuge.

Typischerweise werden Umläufe und Dienste sequentiell geplant: Zuerst werden die Fahrzeug den Fahrgastfahrten zugeordnet, dann wird geplant, welcher Fahrer zu welchem Zeitpunkt welches Fahrzeug fährt. IS-OPT behandelt diese beiden Planungsschritte integriert und ermöglicht es so vollautomatisch hocheffiziente Umlauf- und Dienstpläne zu erzeugen. IS-OPT war die erste kommerziell erhältliche Software dieser Art. Sie ermöglicht es Umläufe und Dienste für komplette Betriebshöfe oder mittlere Verkehrsunternehmen in einem Schritt zu planen, und dabei alle betrieblichen Gegebenheiten zu berücksichtigen. D.h. die von IS-OPT berechneten Pläne können ohne weitere Nachbearbeitung direkt in den Betrieb übernommen werden.

Funktionsweise


Das Hauptproblem der integrierten Planung ist die große Anzahl der Freiheitsgrade. So gibt es viele mögliche Umläufe für jedes Fahrzeug. Denn normalerweise können zwei Fahrten in demselben Umlauf sein, wenn sie hintereinander ausführbar sind, d.h. wenn es für ein Fahrzeug möglich ist, vom Ende der ersten Fahrt rechtzeitig zum Anfang der zweiten Fahrt zu kommen. Dies trifft für die meisten Paare von Fahrten zu. Für die Bildung von Fahrdiensten gilt ähnliches. Hinzu kommt, dass es viele verschiedene Regeln für die Gültigkeit von Fahrdiensten gibt. So müssen das Arbeitszeitgesetz, die Lenkzeitverordnung und eine Vielzahl von betrieblichen Vereinbarungen eingehalten werden. Viele von diesen Einschränkungen sind mathematisch nur schwer abbildbar.
Betrachtet man jetzt aber Umlauf- und Dienstplanung in einem Schritt, so multiplizieren sich die Freiheitsgrade der Einzelprobleme. Bei der sequentiellen Herangehensweise sind die zu benutzenden Leerfahren in der Dienstplanung schon festgelegt, bei einer integrierte Betrachtung jedoch müssen alle möglichen Leerfahrten auch in der Dienstplanung berücksichtigt und mit der Umlaufplanung synchronisiert werden.
IS-OPT kombiniert nun viele verschiedene Methoden der Mathematik, um mit diesen Schwierigkeiten klarzukommen. Diese Methoden kommen einerseits aus der linearen und kombinatorischen Optimierung, wie z.B. MCF, Rapid-Branching, Spaltenerzeugung und verschiedene Ansätze zum Lösen von Kürzeste-Wege-Problemen mit Ressourcenbedingungen, andererseits ist der Kern von IS-OPT eine Methode aus der konvexen Optimierung, nämlich ein
Bündelalgorithmus zum Optimieren von konvexen Funktionen. Details sind in Weider2007 zu finden
Damit wird es möglich, eine künstliche Trennung des Planungsprozesses in Einzelschritte teilweise rückgängig zu machen.


  • Abbildung 1 – Umlaufplanungsgraph


  • Abbildung 2 – Dienstplanungsgraph


  • Abbildung 3 – integrierter Umlauf- und Dienstplanungsgraph


Leistungsmerkmale

Neben der Gleichung Integration = mehr Freiheitsgrade gibt es auch noch andere Aspekte, die weniger offensichtlich, aber ebenso wichtig sind. Einer davon ist die sogenannte Subunternehmerplanung, also die Frage, welche Teile einer Betriebsleistung fremdvergeben werden sollen. Um dieses Outsourcing zu planen, muss man eine Eigenmasse aus mit Fahrdiensten unterlegten Umläufen auswählen, also ein integriertes Umlauf- und Dienstplanungsproblem lösen (mit sequentieller Planung ist dies nicht möglich). Mit IS-OPT ist es möglich, diese Auswahl optimieren, so dass IS-OPT neben der operativen Planung auch zur Entscheidungsunterstützung bei bedeutenden Managementfragen eingesetzt werden kann. Dies erhöht die Planungsqualität und -geschwindigkeit und revolutioniert damit die Planung im Regionalverkehr.

Anwendung


IS-OPT ist integriert in das Planungssystem IVU.plan der IVU Traffic Technologies AG und seit über 10 Jahren bei Kunden im Einsatz. Besonders Regionalbusverkehrsgesellschaften haben große Vorteile durch den Einsatz von IS-OPT. So gehören die PostAuto Schweiz AG, ÖBB Postbus und DB Regio Bus zu Anwendern von IS-OPT.
Der Nutzen von IS-OPT ist nicht nur theoretisch enorm, sondern ganz konkret nachweisbar. So hat ein großer Referenzkunde von uns Einsparungen von über 13% der Fahrdienste und fast 6% der Fahrzeuge genannt.