BalSAM: Balanced und Staggered Routing für Autonome Mobility on Demand Systeme

• Antragsteller: Professor Dr. Maximilian Schiffer
• Fachliche Zuordnung: Accounting und Finance
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449261765

Urbane Ballungsräume sind weltweit durch überlastete Transportsysteme, zunehmende Staus und unzulässig hohe Emissionsgrenzwerte geprägt. Der bestehende öffentliche Personennahverkehr und vorhandene Shared-Mobility Konzepte bieten i.d.R. nicht ausreichend Kapazitäten und/oder nur geringen individuellen Komfort. Als ein mögliches Konzept zur Realisierung eines nachhaltigen Personennahverkehrs werden daher zunehmend autonome Mobility on Demand (AMoD) Systeme diskutiert, in denen eine Flotte zentral gesteuerter selbstfahrender Fahrzeuge einen Ride-Hailing Service anbietet.Durch die zentrale Kontrolle und verbesserte Transparenz bietet ein solches AMoD System signifikante Vorteile gegenüber dem Status Quo, z.B. durch verbessertes Pooling von Kunden, und einen besseren Ausgleich zwischen Angebot und Nachfrage, sowie durch Stau vermeidendes Routing und eine bessere Verfügbarkeit durch kontinuierliche Reallokation der Flotte. Der operative Betrieb eines solchen Systems beinhaltet jedoch eine sehr hohe inhärente kombinatorische Komplexität. Daher stehen hierfür bisher nur unzureichende algorithmische Lösungen zur Verfügung.Vor diesem Hintergrund besteht die Zielsetzung dieses Projekts in der Entwicklung eines generischen algorithmischen Frameworks, welches für ein AMoD Flottenmanagement auf realen Problemgrößen anwendbar ist und einen nachhaltigen Betrieb von zukünftigen AMoD Systemen ermöglicht. Das Framework umfasst die drei zentralen Entscheidungen eines Flottenbetreibers: Pooling von Nachfrage zur besseren Auslastung von Fahrzeugen durch das Bündeln von ähnlichen Kundenanfragen; Dispatching von Fahrzeugen zur optimalen Zuweisung zwischen Fahrten und Fahrzeugen; sowie fahrzeugspezifisches Routing zur effizienten Erfüllung von Transport- und Reallokationsfahrten. Bestehende Arbeiten betrachten diese Komponenten bisher lediglich isoliert oder heuristisch auf kleinen Problemgrößen. Darüber hinaus integriert das Framework zwei zusätzliche Konzepte, die zu einem effizienten Betrieb eines AMoD Systems beitragen. Zum einen können durch balanciertes Routing (Balanced Routing) Kapazitätsengpässe vermieden und Stau reduziert werden. Zum anderen bietet gestaffeltes Pooling und Routing (Staggered Routing) die Möglichkeit Kundennachfragen zeitlich zu verzögern und Kapazitätsengpässe zu reduzieren. Aufgrund fehlender Umsetzbarkeit in konventionellen Mobilitätssystemen existieren noch keine umfassenden Studien oder Algorithmen zur Anwendung dieser Konzepte in realen Transportsystemen.Der Antragssteller und der Mercator Fellow zählen zu den führenden Wissenschaftlern im Bereich von AMoD Systemen und können Expertise in der Entwicklung von Routing Algorithmen sowie im Bereich autonomer Systeme vorweisen. Diese Expertise ermöglicht die Entwicklung des generischen algorithmischen Frameworks, welches einen neuen State of the Art für weitergehende Forschung auf diesem Gebiet bereitstellen wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen