Jahresbericht informatik 2009 - KIT – Fakultät für Informatik

Institut für Theoretische Informatik
EU-Projekt ARRIVAL: Algorithms for Robust and online Railway optimization:
Improving the Validity and reliAbility of Large scale systems
(R. Bauer, D. Delling, T. Pajor, D. Wagner)
Das Ziel des EU-Projekts ARRIVAL ist die Optimierung des vielleicht komplexesten und
umfangreichsten Transportproblems: Die Optimierung des Eisenbahnsystems. Dabei liegt
der Hauptschwerpunkt auf dem robusten Planen und dem Planen in Online-Szenarios, zwei
wichtigen aber bislang wenig untersuchten Aspekten. Bei Eisenbahnsystemen müssen mehrere
Planungsstufen berücksichtigt werden, z.B. Netzplanung, Fahrplanerstellung,
Zusammenstellung der Züge, Zuweisung des Zugpersonals, aber auch
Verspätungsmanagement.
Ein Schwerpunkt unserer Gruppe innerhalb von ARRIVAL ist ein weiteres Problem in
der Optimierungskette komplexer Eisenbahnsysteme: Die Fahrplanauskunft. Dabei widmeten
wir uns der Fragestellung, wie zu einem gegebenen Fahrplan effizient beste
Verbindungen zwischen zwei Stationen berechnet werden können. Da das zugrunde liegende
Problem dem der Routenplanung in Straßennetzwerken sehr ähnlich ist, haben wir
systematisch untersucht, inwiefern sich Techniken zur Beschleunigung für Straßennetze auf
Eisenbahnnetze übertragen lassen. Außerdem widmeten wir uns auch erweiterten
Fragestellungen: Bei so genannten Profil-Anfragen möchte man alle besten Verbindungen
über eine Zeitperiode ermitteln (zum Beispiel über einen Tag) und mit der Martin-Luther-
Universität Halle-Wittenberg arbeiteten wir zusammen an multi-kriterieller
Fahrplanauskunft, wo man neben der Reisezeit weitere Kriterien wie die Anzahl Umstiege
oder ein Robustheitsmaß (Umstiegssicherheit) optimieren möchte.
Außer der reinen Fahrplanauskunft beschäftigten wir uns mit multi-modaler
Routenplanung. Dabei ist das Ziel, in einem heterogenen Netzwerk bestehend aus verschiedenen
Verkehrsmitteln beste Routen zwischen zwei Punkten zu berechnen. Diese
Routen müssen jedoch Einschränkungen an die Wahl der Verkehrsträger genügen (beispielsweise
ist es unerwünscht während der Reise zwischen zwei Zugverbindungen das
Auto zu benutzen), die man als formale Sprachen modellieren kann. Der naive Ansatz, solche
Routen mit einer Verallgemeinerung von Dijkstra's Algorithmus zu berechnen, würde
auf großen Netzwerken mehrere Minuten dauern, was natürlich deutlich zu lange ist. Wir
entwickelten ein erstes effizientes Verfahren, "Access-Node Routing", mit dem optimale
Routen auf Netzwerken kontinentaler Größe bestehend aus Auto, Zug und Flug in wenigen
Millisekunden berechnet werden können.
Ferner arbeiten wir zusammen mit der Universität Göttingen an praktikablen und einfachen
Regeln, die entscheiden, ob Züge auf verspätete Züge warten sollen oder nicht.
DFG-Projekt: Algorithm Engineering für Routenplanung
(R. Bauer, D. Delling, T. Pajor, A. Schumm, D. Wagner)
Das klassische Kürzeste-Wege-Problem, bei dem in einem Netzwerk ein kürzester (schnellster
etc.) Weg von einem Start- zu einem Zielknoten gesucht wird, ist zentraler Bestandteil
vieler Algorithmen und liegt nicht zuletzt Anwendungen wie Routenplanern oder
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