SmartMobility: Innovative Mobilitäts- und Logistikkonzepte

Die Bedeutung von Mobilität und Logistik hat in den vergangenen Jahren stetig zugenommen. Heute steht dieser Bereich für einen bedeutenden Anteil der Wirtschaftsleistung, aber auch des Ressourcenverbrauchs. Um die ehrgeizigen Umwelt- und Klimaschutzziele zu erreichen, besteht hier ein hoher Bedarf an innovativen Konzepten.

Shared Mobility

In diesem Bereich konzentrieren wir uns auf Bike- und Car-Sharing. Diese bieten, insbesondere im Zusammenspiel mit dem öffentlichen Personennah- und -fernverkehr, erhebliches Potential zur Einsparung fossiler Energieträger. So sind in den vergangenen Jahren weltweit in vielen Städten öffentliche Fahrradverleihsysteme entstanden. Bei diesen können Fahrräder an einer Vielzahl von Stationen automatisch entliehen und zurückgegeben werden. Moderne Car-Sharing Anbieter ermöglichen eine Ausleihe und Rückgabe auf nahezu beliebigen Parkplätzen innerhalb eines definierten Geschäftsgebietes (Free-Floating). Dabei konzentrieren wir uns auf folgende Fragen der strategischen Planung und Dimensionierung der Systeme sowie zur ihres operativen Betriebs und arbeiten mit einem namhaften deutschen free-floating Car-Sharing Anbieter zusammen.

  • Gestaltung von Shared-Mobility Systemen: Hier ergeben sich zahlreiche interessante Fragestellungen, die aktuell verstärkt in das Blickfeld der Forschung kommen. Dazu zählt etwa die Positionierung und Dimensionierung der Stationen.
  • Operative Steuerung von Shared-Mobility/E-Mobility Systemen: Nahezu alle neueren öffentlichen Verleihsysteme ermöglichen Einwegmieten, d.h. das Fahrzeug muss nicht am Ausleihort zurückgegeben werden. Bei asymmetrischer Nachfrage erfordert dies jedoch regelmäßig einen anbieterseitigen Rücktransport der Fahrzeuge, welcher einen erheblichen Teil der laufenden Betriebskosten verursacht. Daher zielt unsere Forschung auf die kostenminimale Gestaltung der Transporte bei Aufrechterhaltung einer hohen Verfügbarkeit.
  • Bepreisung von Shared-Mobility/E-Mobility Systemen:  Verglichen etwa mit dem Mobilfunkmarkt ist die Tarifstruktur von Shared-Mobility Anbietern bisher kaum entwickelt. Effektives Pricing ist jedoch nicht nur der Schlüssel zur Profitabilität, sondern kann auch zur operativen Steuerung der Nachfrage eingesetzt werden, wie bspw. Fluggesellschaften seit langem zeigen. In Shared-Mobility Systemen kann so die Verfügbarkeit der Fahrzeuge erhöht und kostspielige Rücktransporte durch den Anbieter reduziert werden.

Literatur

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  • Christian Müller, Jochen Gönsch: Simulation zur Evaluation der Optimierung eines Bikesharing-Systems. In: Matthias Putz, Andreas Schlegel (Hrsg.): Simulation in Produktion und Logistik 2019. Wissenschaftliche Scripten, Auerbach 2019, S. 519-530. Volltext BIB Download Details

    Bike sharing has been introduced in many cities, often by municipalities and is nowadays an established alternative for other short-distance transport systems. However, in cities with high elevations, the usual bike-sharing systems face a severe problem. Resulting from an imbalance of demand, the number of bikes at stations at elevated locations decreases during the day, while it increases at stations at lower locations. This situation poses a challenge for the relocation process because high numbers of bicycles have to be transported to the stations at elevated locations in order to achieve a suitable starting point for the next period. With the usage of e-bike sharing-systems, this problem can be circumvented because e-bikes facilitate the mobility in elevated and steep terrains. This paper considers an e-bike sharing-system with removable batteries. In the first step, a deterministic Mixed-Integer Linear Program (MILP) calculates the optimal route for trucks and the optimal initial distribution of bikes. In the second step, a stochastic simulation should evaluate these results.

  • Kruk, N.; Gönsch, J.: Shared Mobility Systeme – Mathematische Ansätze für Gestaltung und Betrieb. In: WiSt – Wirtschaftswissenschaftliches Studium , Jg. 46 (2017) Nr. 6, S. 9-14. BIB Download Details

 

Airline Schedule Planning für Low Cost Carrier (abgeschlossen)

Fluggesellschaften sehen sich heute einem hohen Kostendruck ausgesetzt, welcher etwa durch die CO2-Abgabe weiter steigen wird. Dies zwingt sie, ihre Kapazitäten effizient zu nutzen. Voraussetzung dafür ist ein aus Sicht der potenziellen Passagiere möglichst attraktiver Flugplan, sowohl im Hinblick auf die angebotenen Verbindungen als auch die Flugzeiten. Die Gestaltung entsprechender Flugpläne auf mittelfristiger Planungsebene erweist sich dabei als äußerst komplexes Entscheidungsproblem, das nur mit Hilfe quantitativer Methoden erfolgreich angegangen werden kann.

Im Rahmen des Projekts werden schwerpunktmäßig folgende zwei Aspekte näher beleuchtet:

  • Wie lässt sich für einen gegebenen Flugplan die erwartete Nachfrage unter Berücksichtigung der kurzfristigen Effekte des Fleet Assignments und des Revenue Managements geeignet prognostizieren?
  • Welche der Teilprobleme lassen sich — insbesondere vor dem Hintergrund der speziellen Anforderungen eines Low Cost Carriers — simultan in einem integrierten Optimierungsmodell betrachten, und wie können diese Optimierungsprobleme gelöst werden?

Literatur

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  • Faust, O.; Gönsch, J.; Klein, R.: Demand-oriented Integrated Scheduling for Point-to-Point Airlines. In: Transportation Science, Jg. 51 (2017) Nr. 1, S. 196-213. PDF Volltext BIB Download Details

    Optimizing an airline schedule usually comprises multiple planning stages. These are the choice of flights to offer (schedule design), the assignment of fleets to flight legs (fleet assignment), and the construction of rotations under consideration of maintenance constraints (aircraft maintenance routing). Moreover, the airline must assign crews to all flights (crew scheduling). Traditionally, either these scheduling stages are considered sequentially or an existing schedule is modified to cope with the arising complexity issue. More recently, some authors have developed models that integrate adjacent stages. In this paper, outcomes of a research project with airline information technology provider Lufthansa Systems are presented. We consider the case of a small to medium-sized point-to-point airline with a homogeneous fleet. Hence, fleet assignment is omitted, which offers the possibility to solve schedule design and aircraft maintenance routing simultaneously. Our approach explicitly accounts for passengers’ return flight demand and for marginal revenues declining with increasing seat capacity, hence, anticipating the effects of capacity control in revenue management systems. To solve the arising integrated mixed-integer problem, a branch-and-price approach and a column generation-based heuristic have been developed. An extensive numerical study, using data from a major European airline provided by Lufthansa Systems, shows that the presented approaches yield high-quality solutions to real-world problem instances within a reasonable time.

  • Gönsch, J.: Airline Schedule Planning — Grundlagen und aktuelle Entwicklungen. In: WiSt – Wirtschaftswissenschaftliches Studium (2010) Nr. 39, S. 230-235. BIB Download Details