An agent-based evolutionary approach for the user-oriented optimization of complex public transit systems

• Applicant: Professor Dr. Kai Nagel
• Subject Area: Traffic and Transport Systems, Intelligent and Automated Traffic
• Term: from 2014 to 2019
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 257622540

• Final Report Year: 2020

Final Report Abstract

Für den öffentlichen Verkehr (ÖV) müssen Linien und deren Routen (= konkrete Verläufe) geplant werden. Dies ist typischerweise ein Gebiet des Operations Research. Im vorliegenden Projekt wurde alternativ ein Ansatz entwickelt, welcher innerhalb der nutzer-zentrierten (agenten-basierten) Verkehrsplanungssoftware MATSim (Multi-Agent Transport Simulation, ​www.matsim.org​) ÖV-Routen durch eine evolutionäre Suche entwickelt. Zugrunde gelegt wurde dabei ein Modell, welches sich an südafrikanischen Minibus-Taxis orientiert: Es werden nur Routen definiert; die Bedienfrequenz ergibt sich aus der Anzahl der Fahrzeuge auf der Route, die Anzahl der Fahrzeuge wiederum ergibt sich aus der Profitabilität der Route; ein Fahrplan wie im formellen ÖV existiert nicht. Das Modell wurde und wird zum einen zur synthetischen Erzeugung plausibler Minibus-Taxi-Systeme verwendet, vor allem bei Simulationen von Regionen in Entwicklungs- und Schwellenländern. Zum anderen wird es eingesetzt zur Analyse und Optimierung vorhandener Systeme des ÖV, vor allem zur Untersuchung neuer Fragestellungen wie nach der Anbindung “marginaler” Orte (also mit vorhandener, aber nach klassischem Ansatz zu niedriger Nachfrage) oder nach der Internalisierung externer Kosten. Der Ansatz der Minibus-Taxis kann bereits als eine gewisse Flexibilisierung des fahrplan-gebundenen ÖV gesehen werden. Noch deutlich flexibler sind die flexiblen Bedienverkehre (demand responsive transit; mobility-as-a-service). Das Thema der flexiblen Bedienverkehre wurde während der Projektlaufzeit immer wichtiger, so dass ein gewisser (durchaus fruchtbarer, aber unerwarteter) Aufwand zur Abgrenzung der beiden Themen nötig wurde.

Publications

• (2014). A paratransit-inspired evolutionary process for public transit network design. Doctoral Thesis, TU Berlin
  Neumann, A.
  
• (2015). Optimal public transport pricing: Towards an agent-based marginal social cost approach. Journal of Transport Economics and Policy, 200–218
  Kaddoura, I. and Kickhöfer, B. and Neumann, A. and Tirachini, A.
  
• (2015). Towards a simulation of minibuses in South Africa. Journal of Transport and Land Use, 137–154
  Neumann, A. and Röder, D. and Joubert, J. W.
  
• (2015). Why closing an airport may not matter – The impact of the relocation of TXL airport on the bus network of Berlin. Procedia Computer Science, 896–901
  Neumann, A.
  
• (2016). Mind the gap – Passenger arrival patterns in multi-agent simulations. International Journal of Transportation, 27–40
  Neumann, A. and Kaddoura, I. and Nagel, K.
  
• (2018). An Accessibility Driven Evolutionary Transit Network Design Approach in the Multi-agent Simulation Environment. Procedia Computer Science, 2018, 136, 499-510
  Volotskiy, T. and Smirnov, J. and Ziemke, D. and Kaddoura, I.
  
• (2019). Improving speed and realism of an evolutionary minibus network design process. Procedia Computer Science, Volume 151, 2019, 834-839
  Leich, G. and Nagel, K.