Dienstag, 29. Mai 2018, 17:30 Uhr – 18:30 Uhr

Mathematische Optimierungsverfahren für energieeffiziente Zugfahrpläne

Beschreibung:

Die Kosten eines Eisenbahnverkehrsunternehmens für den Traktionsstrom der Züge hängen von zwei Faktoren ab: der Gesamtmenge des bezogenen Stroms und der zeitlichen Verteilung des Stromverbrauchs. Auf beide Größen hat der Fahrplan großen Einfluss. Durch das Vermeiden zu vieler gleichzeitiger Zugabfahrten kann die im Bahnstromnetz entstehende Last gleichmäßiger über die Zeit verteilt werden. Bereits ein leichtes Verschieben der Abfahrtszeiten um +-3 Minuten in einem gegebenen Fahrplanentwurf schafft eine deutliche Reduktion der Spitzenlast. Zusätzlich kann eine möglichst energiesparende Fahrweise der Züge den Energieverbrauch deutlich senken. Hier ist die Frage, wie Fahrzeitpuffer optimal genutzt werden können, um den Zügen möglichst lange Ausrollphasen zu ermöglichen. Die Herausforderung besteht darin, dies auf abgestimmte Art und Weise für alle im Netz verkehrenden Züge gemeinsam zu tun, und dabei die durch den Fahrplan vorgegebenen Randbedingungen einzuhalten (Mindesthaltezeiten im Bahnhof, Sicherheitsabstände auf der Strecke, Einhalten von Anschlüssen, ...).

In diesem Vortrag stellen wir mathematische Optimierungsverfahren vor, die in der Lage sind, die optimalen Abfahrtszeitpunkte und Geschwindigkeitsprofile der Züge auf der Strecke zu berechnen, so dass Spitzenlast und Energieverbrauch für das Gesamtsystem minimal werden. Als Grundlage für die Lösung dieses Problems werden wir das Cliquen-Problem mit Multiple-Choice-Nebenbedingungen näher betrachten, ein kombinatorisches Problem mit sehr reichhaltiger Struktur, welches als Teilaufgabe bei der Fahrplanoptimierung vorkommt. Wir werden das dahinterstehende zulässige Polytop theoretisch untersuchen, um eine Charakterisierung der konvexen Hülle der ganzzahligen Lösungen in zwei relevanten Spezialfällen zu erhalten. Im Rahmen von Fallstudien für den Personenverkehr der Deutschen Bahn AG und des Nürnberger U-Bahnsystems zeigen wir sowohl die Effizienz der daraus resultierenden Modellreformulierungen als auch das signifikante Kosteneinsparpotenzial unserer Ansätze auf.

Referent/in:Dr. Andreas Bärmann, FAU Erlangen
Art:
Kolloquium
Raum:
KA.215
Ort:
K: STANDORT KESSLERPLATZ, Keßlerplatz 12
Veranstalter:
Fakultät AMP
Leitung:
Prof. Dr. Tim Kröger
Information:
https://www.th-nuernberg.de/fakultaeten/amp/fakultaet/veranstaltungen/

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