Institut für Transportlogistik

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    Hub location problem instances
    (2023-04-27) Jost, Niklas
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    A Branch-and-Price Algorithm for Optimal Routing of Delivery Robots
    (2022-05-01) Schaudt, Stefan; Clausen, Uwe; Klein, Nicklas
    Increasing parcel volumes, environmental challenges, and customer expectations have made innovative delivery concepts for last-mile logistics essential in recent years. Autonomous delivery vehicles such as delivery robots or drones are tested worldwide. In this work, we examine the use of electrical delivery robots to optimize a last-mile network. The network consists of a fleet of homogeneous single-unit capacity robots, depots equipped with recharging stations, and customers. Each customers is defined by a time window and a profit. The goal is to find a set of tours that maximizes the total collected profit. These tours have to respect the customers' time windows and battery constraints of the robots. We present a branch-and-price algorithm to solve this combinatorial optimization problem exactly. Within this algorithm, the problem of finding feasible tours arises. To decide on the feasibility of a tour, we present a polynomial dynamic program and prove its correctness. The computational studies on modified benchmark instances show that the algorithm can solve instances that have realistic time window lengths and up to 144 customers in a reasonable time.
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    Urban Factories – Establishing resource-efficiency in production logistics systems in cities
    (2020-03-12) Kreuz, Felix; Bucherer, Michael; Juraschek, Max; Clausen, Uwe
    Cities are a hotspot for resource consumption and related impacts. This is induced, among others, by transportation, production and the use of products and services. Industrial production is commonly associated with negative impacts, e.g. on the environment or traffic. Through positive integration of production sites into urban surroundings, negative impacts can be eliminated, and even positive impacts achieved. To reach a higher degree of integration of different utilizations in cities, resource-efficiency, new conceptual approaches are required for urban factories, city authorities and further stakeholders. For this purpose, a methodology has been developed that describes the planning processes of the involved disciplines and their interdependencies concerning content and timing. Subsequently, an analysis of Urban Factories within a reference framework called the factory-city-system and its key resources is carried out in an exemplary case study. Measures to enhance resource-efficiency are thus dentified, exemplarily described and examined regarding their potential to raise resource-efficiency.
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    Strategische Verkehrsprognose
    (2018) Thaller, Carina; Clausen, Uwe; Leerkamp, Bert
    Strukturelle Veränderungen in gesellschaftlichen, ökonomischen und politischen Systemen beeinflussen die Verkehrsnachfrage auf infrastruktureller Ebene, genauso wie individuelle Entscheidungen der Verkehrsteilnehmer Auswirkungen auf die Strukturen dieser Systeme haben. Die Dynamiken dieser Systeme werden meist in einem langfristigen Betrachtungshorizont beobachtet. Verhaltensänderungen und Entscheidungsprozesse individueller, heterogener Verkehrsteilnehmer auf infrastruktureller Ebene können nur in einem kurzfristigen Betrachtungshorizont untersucht werden. Die entwickelte Rückkopplung zwischen einer Makroskopischen Extrapolation (MEP) und einer Mikroskopischen Verkehrssimulation (MVS) ist bisher der einzige Verkehrsmodellierungsansatz, der verschiedene dynamische Systeme berücksichtigt. Dieses Modellierungsinstrument ermöglicht eine Strategische Verkehrsprognose für einen langfristigen Betrachtungshorizont und verliert darüber hinaus nicht den räumlichen Kontext. Die langfristigen, strukturellen Veränderungen des Gesamtsystems werden mittels der MEP abgebildet, die MVS dagegen zeigt kurzfristige Veränderungen von Entscheidungen der Verkehrsteilnehmer auf infrastruktureller Ebene. Mittels der MVS wird der räumliche Kontext zur Anpassung der räumlich beeinflussten Parameter in der MEP herangezogen. Die MEP dient hingegen zur Fortschreibung der Rahmenbedingungen und Raumstrukturen in der MVS. Demzufolge sind die beiden dynamischen Simulationen zur gegenseitigen Anpassung zueinander rückgekoppelt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird die grundlegende Funktionalität des entwickelten, strategischen Modellierungsinstruments gezeigt. Mittels des Ansatzes wird das Verhalten großer, komplexer Verkehrssysteme auf aggregierter und disaggregierter Ebene in einem langfristigen Betrachtungshorizont analysiert. Der Ansatz bedient sich dabei nicht nur verschiedener Aggregationsniveaus und arbeitet dementsprechend mit zwei verschiedenen Analysemaßstäben, er berücksichtigt darüber hinaus zwei zeitliche Betrachtungshorizonte. Zudem erlaubt dieser Ansatz, Effekte externer Rahmenbedingungen, wie politische Eingriffe, auf das betrachtete System einerseits langfristig auf aggregierter Ebene, aber auch zeitpunktgenau auf infrastruktureller Ebene abzuschätzen. Die Operabilität des entwickelten Ansatzes wird im Rahmen eines Fallbeispiels zum Kurier-, Express- und Paketmarkt (KEP-Markt) in Berlin unter Beweis gestellt. Zu diesem Zweck wird als MEP der System Dynamics (SD) Ansatz nach Forrester (1958) verwendet. Weiterführend wird als MVS die mikroskopische, agentenbasierte Verkehrsimulation MATSim von Balmer et al. (2009) genutzt. Die Formalisierung, Parametrisierung und Kalibrierung des Rückkopplungsansatzes zum Fallbeispiel wird im Detail aufgezeigt. In diesem Zuge werden neben einem Basisszenario zur langfristigen Prognose des KEP-Verkehrs in Berlin Maßnahmenszenarien entwickelt, die das betrachtete Gesamtsystem um ausgewählte verkehrspolitische und logistische Maßnahmen zur Regulierung des KEP-Verkehrs in Städten erweitern. Dabei handelt es sich um die Maßnahmen Packstation, Distanzabhängige Maut und Cordon-Maut. Abschließend werden die finalen Simulationsergebnisse der entwickelten Strategischen Verkehrsprognose ausgewertet und diskutiert. Hierbei werden die Ergebnisse der Maßnahmenszenarien mit den Ergebnissen des Basisszenarios verglichen, um damit die Wirkungen der ausgewählten Maßnahmen auf das Gesamtsystem KEP-Verkehr in Städten aufzuzeigen.
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    Methoden der mathematischen Optimierung zur Planung taktischer Wagenrouten im Einzelwagenverkehr
    (2014-09-11) Voll, Robert; Clausen, Uwe; Lübbecke, Marco
    In dieser Dissertation wird die Lösung eines Routenplanungsproblems im Schienengüterverkehr mittels mathematischer Optimierungsmethoden behandelt. Die Planungsaufgabe besteht darin, eine Menge von Güterwagen so zu konsolidieren, dass ein kostenoptimales Transportnetzwerk entsteht. Das Optimierungsmodell erlaubt die Einbindung multipler Aufkommensszenarien, um Aufkommensschwankungen sinnvoll abzubilden. Zur Lösung werden zwei Ansätze präsentiert: Ein Column-Generation-Verfahren sowie eine Matheuristik. Der Vergleich mit einer Referenzinstanz zeigt die Leistungsfähigkeit der neuen Verfahren.