Verbindungssuche mit Branch and Bound

Je Quellbezirk wird ein Suchbaum geeigneter Teilverbindungen generiert, in dem alle hinreichend guten Verbindungen ab diesem Quellbezirk gespeichert sind. So wird nicht nur die für eine Relation beste, sondern eine Vielzahl guter Verbindungen gefunden. Auf diese Weise ist eine sehr differenzierte Verteilung der Verkehrsnachfrage möglich.

  • Zur Bewertung der Qualität von Verbindungen wird ein Suchwiderstand verwendet. Der Suchwiderstand berechnet sich für alle im Laufe des Verfahrens gefundenen (Teil-) Verbindungen nach folgender Formel:

SuchWID = Fahrzeit im Fahrzeug • FakFZimFzg +

ÖV-Zusatz-Fahrzeit • FakÖVZFz +

Zugangszeit • FakZuZ +

Abgangszeit • FakAbZ +

Gehzeit • FakGZ +

Umsteigewartezeit • FakUWZ +

UH • FakUH +

Verkehrssystem-Widerstand • FakVSys-Wid +

Fahrplanfahrt-Widerstand • FakFPF-Wid

  • Für die Fahrzeiten im Fahrzeug oder ÖV-Zusatz können weitere spezifische Faktoren aus Attributen der Fahrplanfahrtverläufe oder der Verkehrssysteme herangezogen werden.
  • Neben den verschiedenen Zeitkomponenten und der Umsteigehäufigkeit gehen dabei unter Verkehrssystem-Widerstand nach Verkehrssystem differenzierte Zuschläge ein. So können Sie schon während der Suche einfache entfernungsabhängige Fahrpreise berücksichtigen. Das vollständige Visum-Tarifmodell wirkt erst in der Verbindungswahl. Dies ist jedoch keine Einschränkung, denn in der Suche ist eine näherungsweise Fahrpreisberechnung ausreichend, um zwischen sinnvollen und nicht sinnvollen Verbindungen zu unterscheiden.
  • Außerdem fließt unter Fahrplanfahrt-Widerstand der fahrtspezifische Widerstand über zwei frei wählbare Fahrtverlaufs-Attribute als Summanden ein – ein Einsteigezuschlag und ein allgemeiner Komfort-Term. So können einzelne Fahrplanfahrten gegenüber anderen bevorzugt oder benachteiligt werden.
  • (Teil-)Verbindungen zu einem Ziel- oder Zwischenknoten werden bewertet und mit allen anderen (Teil-)Verbindungen zum gleichen Punkt verglichen, um effizient zu entscheiden, welche Äste des Suchbaums fortgesetzt werden können („branch“) und welche abgeschnitten werden müssen („bound“) (Dominanz und Bounding).
  • Für die Anzahl der in einer Verbindung auftretenden Umsteigevorgänge kann eine Obergrenze festgelegt werden.
Dominanz

Paarweise Vergleiche sind wichtig, um nicht sinnvolle Verbindungen zu identifizieren.

Wenn eine Verbindung in keiner Hinsicht besser ist als eine andere Verbindung in gleicher Zeitlage, bezeichnet man sie als dominiert und verwirft sie. Das heißt im Detail:

Eine Verbindung c’ dominiert eine Verbindung c, falls

  • c’ innerhalb des Zeitintervalls von c liegt
  • AnzUmstiege (c’) ≤ AnzUmstiege (c)
  • SuchWid (c’) ≤ SuchWid (c)
  • und wenn
  • in mindestens einem der drei Kriterien echte Ungleichheit gilt oder
  • beide Verbindungen äquivalent sind

Für den Vergleich von zwei Verbindungen ohne definierte Zeitlage (d.h. ohne Teilwege vom Typ ÖV-Linie) wird die erste Regel in Fahrzeit (c’) ≤ Fahrzeit (c) abgeändert.

Bei der Bewertung von Teilverbindungen kann es optional sinnvoll sein, die Wartezeit bis zur Ankunft einer alternativen Teilverbindung zu berücksichtigen.

Teilwege ohne definierte Zeitlage (z.B. reine DRT-Teilwege) können nicht von Teilwegen mit definierter Zeitlage dominiert werden.

Beispiel:
  • Verbindung 1 dominiert Verbindung 2, da sie echt im Zeitintervall von Verbindung 2 enthalten ist und ihre anderen Kennzahlen gleich gut oder besser sind.
  • Verbindung 1 dominiert jedoch nicht Verbindung 3, weil diese eine andere zeitliche Lage hat und damit trotz ihrer schlechteren Kennzahlen für Fahrgäste sinnvoll ist, die später abfahren wollen.
  • Verbindung 1 dominiert ebenfalls nicht Verbindung 4, weil diese einen Umstieg weniger enthält und damit trotz ihrer langen Fahrzeit für manche Fahrgäste interessant ist.
  • (Teil)Verbindung 1 dominiert (Teil)Verbindung 2 nicht, wenn durch die entsprechende Option die Wartezeit bis 7:10 berücksichtigt wird, da Fahrgäste beispielsweise eine weiterführende Verbindung zu einem Zeitpunkt nach 7:10 benutzen

Kriterium

Verbindung 1

Verbindung 2

Verbindung 3

Verbindung 4

Zeitliche Lage

6:00 - 7:00

6:00 - 7:10

6:10 - 7:20

5:30 - 7:20

Anzahl Umstiege

1

1

2

0

SuchWid

4 000

4 200

4 300

5 400

Einen Sonderfall für die Dominanz stellen äquivalente Verbindungen dar. Zwei Verbindungen sind äquivalent, wenn sie sich lediglich in der Wahl der Umsteigehalte unterscheiden, ansonsten aber Gleichheit in Bezug auf die Abfahrtszeit und Reihenfolge der benutzen Fahrzeitprofile besteht (Dominanz äquivalenter Verbindungen).

Bounding

Unabhängig von der zeitlichen Lage werden folgende Regeln angewendet, um Verbindungen auszuschließen, die in einem oder mehreren Kriterien zu stark vom Optimum abweichen:

Eine (Teil-)Verbindung wird gelöscht, falls

  • Suchwiderstand der Verbindung > minimaler Suchwiderstand • Faktor + Konstante, oder
  • Reisezeit der Verbindung > minimale Reisezeit • Faktor + Konstante, oder
  • Umsteigehäufigkeit der Verbindung > minimale Umsteigehäufigkeit + Konstante.

Grundsätzlich werden dabei keine Verbindungen gelöscht, die in einer der drei Dimensionen selbst optimal sind – selbst wenn sie in einer anderen Dimension die Regel verletzen.