Institut für Wirtschaftsinformatik Lehrstuhl Decision Support Prof. Dr. Dirk Christian Mattfeld Simulation und Optimierung von Bike-Sharing-Systemen

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1 Simulation und Optimierung von Bike-Sharing-Systemen DoWoNo 2011 Viola Ricker

2 Was ist Bike-Sharing? Bike-Sharing: Fahrräder als nachhaltiges, individuelles, öffentliches Verkehrsmittel Gängigerweise Bereitstellung der Fahrräder in Stationen Betreiberziel: Anzahl der Entleihungen maximieren progressive Preismodelle DoWoNo 2011 Viola Ricker Simulation und Optimierung von Bike-Sharing-Systemen Seite 2

3 Problem: Fahrradverfügbarkeit an den Stationen Station 1 Station 2 Tagesverlauf Keine Entleihung Keine Rückgabe DoWoNo 2011 Viola Ricker Simulation und Optimierung von Bike-Sharing-Systemen Seite 3

4 Betreiberseitige Repositionierung Umverteilung der Räder von vollen zu leeren Stationen DoWoNo 2011 Viola Ricker Simulation und Optimierung von Bike-Sharing-Systemen Seite 4

5 Problemstellung Service: Entleihung, Fahrt und Rückgabe ermöglichen Servicegrad: Messbar in Anteil der erfolgreichen Entleihungen und Rückgaben an der Gesamtnachfrage Widersprüchliche Ziele: 1. Service maximieren: a) Verfügbarkeit von Fahrrädern b) Verfügbarkeit von Fahrradboxen 2. Repositionierungskosten (Benzin- und Fahrerkosten) minimieren DoWoNo 2011 Viola Ricker Simulation und Optimierung von Bike-Sharing-Systemen Seite 5

6 Art der Entscheidung Transportplanung Berechnung von Ausgleichflüssen Tourenplanung Umsetzung der Flüsse in Touren DoWoNo 2011 Viola Ricker Simulation und Optimierung von Bike-Sharing-Systemen Seite 6

7 Problemstellung Service: Entleihung, Fahrt und Rückgabe ermöglichen Servicegrad: Messbar in Anteil der erfolgreichen Entleihungen und Rückgaben an der Gesamtnachfrage Widersprüchliche Ziele: 1. Service maximieren: a) Verfügbarkeit von Fahrrädern b) Verfügbarkeit von Fahrradboxen 2. Repositionierungskosten (Benzin- und Fahrerkosten) minimieren Art der Entscheidung: Flüsse Touren Dynamik und Zufall: Kundeneinfluss im Tagesverlauf DoWoNo 2011 Viola Ricker Simulation und Optimierung von Bike-Sharing-Systemen Seite 7

8 Dynamik und Zufall Dynamisch stochastisches Optimierungsproblem DoWoNo 2011 Viola Ricker Simulation und Optimierung von Bike-Sharing-Systemen Seite 8 [Reale Daten von Citybike Wien]

9 Lösungsalternativen Einmalige Entscheidung unter Einbeziehung aller Wahrscheinlichkeiten im Zeithorizont Myopische rollierende Optimierung auf Basis der betrachteten Zeitpunkte Antizipierende Optimierung [Meisel 2010] unter Einbeziehung zukünftiger Ereignisse [Meisel 2010: Anticipatory optimization for dynamic decision making] DoWoNo 2011 Viola Ricker Simulation und Optimierung von Bike-Sharing-Systemen Seite 9

10 Markov Modell [Puterman 2005] Markovmodell definiert durch Systemzustand S t mit Beständen b ti und Umwegen u t Zustandsübergang S t S t+1 Entscheidung d t mit Repositionierungen r tij Zeit t von i nach j zur Kosten c [Puterman 2005: Markov Decision Processes Discrete Stochastic Dynamic Programming] DoWoNo 2011 Viola Ricker Simulation und Optimierung von Bike-Sharing-Systemen Seite 10

11 Grade der Antizipation TP A zeit TP A zeit A mod A mod VRP VRP DoWoNo 2011 Viola Ricker Simulation und Optimierung von Bike-Sharing-Systemen Seite 11

12 Nächste Schritte Prüfung des Modells Simulation programmieren Optimierung Transportmodell (CPLEX) TP A zeit Zeitliche Antizipation myopisch antizipierend Antizipation auf Modellebene TP VRP A mod VRP DoWoNo 2011 Viola Ricker Simulation und Optimierung von Bike-Sharing-Systemen Seite 12

13 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit DoWoNo 2011 Viola Ricker Simulation und Optimierung von Bike-Sharing-Systemen Seite 13

14 Back-up: Kostenfunktion DoWoNo 2011 Viola Ricker Simulation und Optimierung von Bike-Sharing-Systemen Seite 14

15 Berechnung der Umwegzeiten DoWoNo 2011 Viola Ricker Simulation und Optimierung von Bike-Sharing-Systemen Seite 15

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