DE102019109711A1 - Computer-implemented method for assigning vehicles to a vehicle fleet and vehicle assignment system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung beschreibt ein computerimplementiertes Verfahren zum Zuweisen von Fahrzeugen, insbesondere autonom fahrenden Fahrzeugen, einer Fahrzeugflotte, zu anfragenden Kunden, folgende Schritte umfassend:a) Empfangen einer Vielzahl von Anfragen von Kunden in einer vorbestimmten Optimierungsperiode;b) Bestimmen von Zeitrahmen für die Wartezeiten jedes anfragenden Kunden;c) Bestimmen einer Zuweisung mit einem globalen Optimierungsverfahren, wobei die Wartezeiten der anfragenden Kunden und anfallende Kosten minimiert werden, sowieBestimmen eines festen Abholzeitpunktes für jeden anfragenden Kunden;wobei an jeden anfragenden Kunden zunächst der in Schritt b) bestimmte Zeitrahmen für die Wartezeit und nach dem globalen Optimierungsverfahren in Schritt c) die festen Abholzeitpunkte an die anfragenden Kunden kommuniziert wird. Darüber hinaus beschreibt die Erfindung ein computerlesbares Medium gemäß Anspruch 15, eine Zuweisungseinheit nach Anspruch 16 sowie ein Fahrzeugzuweisungssystem gemäß Anspruch 17.Mit der Erfindung wird ein besonders schnelles Verfahren zum Zuweisen von Fahrzeugen einer Fahrzeugflotte zu anfragenden Kunden bereitgestellt, bei dem eine zuverlässige und zeiteffiziente Zuweisung der Fahrzeuge der Fahrzeugflotte zu anfragenden Kunden erreicht wird.The invention describes a computer-implemented method for assigning vehicles, in particular autonomous vehicles, a vehicle fleet, to inquiring customers, comprising the following steps: a) receiving a large number of inquiries from customers in a predetermined optimization period; b) determining time frames for the waiting times of each inquiring customer; c) determining an allocation with a global optimization method, whereby the waiting times of the inquiring customers and the costs incurred are minimized, as well as determining a fixed pick-up time for each inquiring customer; whereby for each inquiring customer initially the time frame for the waiting time determined in step b) and according to the global optimization process in step c) the fixed pick-up times are communicated to the requesting customers. In addition, the invention describes a computer-readable medium according to claim 15, an allocation unit according to claim 16 and a vehicle allocation system according to claim 17. The invention provides a particularly fast method for allocating vehicles from a vehicle fleet to inquiring customers, in which a reliable and time-efficient allocation of the vehicles of the vehicle fleet to be requested is reached.
Description
Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zum Zuweisen von Fahrzeugen einer Fahrzeugflotte zu anfragenden Kunden gemäß Anspruch 1, ein computerlesbares Medium gemäß Anspruch 15, eine Zuweisungseinheit nach Anspruch 16 sowie ein Fahrzeugzuweisungssystem gemäß Anspruch 17.The invention relates to a computer-implemented method for assigning vehicles of a vehicle fleet to inquiring customers according to
Die hohe Anzahl an Fahrzeugen, insbesondere in großen Städten führt dazu, dass der Verkehr immer dichter wird. Der Trend führt vermehrt zu On-Demand-Mobility (ODM) Services. Der Vorteil bei ODM besteht darin, dass eine effizientere Nutzung der Fahrzeuge einer Carsharing-Fahrzeugflotte ermöglicht wird sowie unnötige Standzeiten der Fahrzeuge reduziert werden.The high number of vehicles, especially in large cities, means that traffic is becoming increasingly dense. The trend is increasingly leading to on-demand mobility (ODM) services. The advantage of ODM is that the vehicles in a car sharing vehicle fleet can be used more efficiently and unnecessary vehicle downtimes are reduced.
Die Herausforderung, die dabei entsteht, ist eine zeit- und kostenoptimierte Lösung für das Gesamtsystem bestehend aus Fahrzeugflotte und Kunden zu finden. Ziel ist es dabei dem Kunden schnellstmöglich und präzise Auskunft über die Wartezeit zu geben und eine optimierte Route für die Fahrzeuge zu finden um zum einen anfallenden Kosten für die Fahrzeugflotte und zum anderen die Wartezeit der Kunden zu reduzieren.The challenge that arises is to find a time and cost-optimized solution for the overall system consisting of the vehicle fleet and customers. The aim is to provide the customer with precise information about the waiting time as quickly as possible and to find an optimized route for the vehicles, on the one hand to reduce the costs incurred for the vehicle fleet and on the other hand to reduce the customer's waiting time.
Aufgrund des großen Lösungsraumes des Optimierungsproblems, der durch die Vielzahl an Variablen entsteht, ist es rechnerisch nicht möglich in einem vertretbaren Zeitraum das globale Optimum des Optimierungsproblems zu finden. Des Weiteren erfordert die dynamische Natur des Problems eine schnelle Berechnung des Optimums, da das Problem sich mit jeder Kundenanfrage ändert.Due to the large solution space of the optimization problem that arises from the large number of variables, it is not computationally possible to find the global optimum of the optimization problem within a reasonable period of time. Furthermore, the dynamic nature of the problem requires a quick calculation of the optimum, since the problem changes with every customer request.
Im Stand der Technik werden Heuristiken verwendet um schnellstmöglich eine Lösung für das Optimierungsproblem zu finden. Die Schnelligkeit wird auf Kosten der Qualität erreicht. Ein Ansatz, der dafür häufig verwendet wird, ist die Nearest-Neighbour-Policy (NNP). Hierbei wird die geringste Distanz zwischen allen Fahrzeugen der Fahrzeugflotte und den Abholorten der Kunden ermittelt. In the prior art, heuristics are used to find a solution to the optimization problem as quickly as possible. The speed is achieved at the expense of the quality. One approach that is often used for this is the Nearest Neighbor Policy (NNP). The shortest distance between all vehicles in the vehicle fleet and the customer's pick-up locations is determined.
Allerdings werden lediglich die Wartezeiten der aktuellen Kundenanfragen und nicht das Gesamtsystem optimiert, wodurch die anfallenden Flottenkosten steigen und sich die Wartezeiten von nachfolgenden Anfragen erhöhen können.However, only the waiting times for current customer inquiries and not the overall system are optimized, which increases the fleet costs and can increase the waiting times for subsequent inquiries.
Aus diesem Grund werden üblicherweise Metaheuristiken verwendet, die die Lösung dynamisch in einer iterativen Weise verbessern. Jedoch entstehen auch hierbei Nachteile.For this reason, metaheuristics are commonly used that dynamically improve the solution in an iterative manner. However, there are also disadvantages here.
Aus dem Stand der Technik sind einerseits Ansätze bekannt, bei denen alle Kundenanfragen bei den Lösungen berücksichtigt werden, die zum Zeitpunkt der Berechnung noch nicht bedient worden sind. Hierbei erfährt der Kunde erst kurz vor der Abholung die Wartezeit.On the one hand, approaches are known from the prior art in which all customer inquiries are taken into account in the solutions that have not yet been served at the time of the calculation. The customer only finds out the waiting time shortly before the pick-up.
Ferner werden im Stand der Technik bereits optimierte Kundenanfragen unveränderlich festgelegt, wobei diese bei nachfolgenden Optimierungen nicht mehr berücksichtigt werden. Hierbei entsteht allerdings der Nachteil, dass die Kunden erst nach der Beendigung einer Optimierung Auskunft über die Wartezeit bekommen. Dies führt im Schnitt zu längeren Wartezeiten und einer höheren Unzufriedenheit der Kunden.Furthermore, customer inquiries that have already been optimized are fixed in the state of the art, whereby these are no longer taken into account in subsequent optimizations. However, this has the disadvantage that customers only receive information about the waiting time after an optimization has been completed. On average, this leads to longer waiting times and higher customer dissatisfaction.
Allgemein muss man feststellen, dass weiterhin keine zufriedenstellende technische Lösung für die oben beschriebenen Nachteile vorhanden ist. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein möglichst schnelles Verfahren zum Zuweisen von Fahrzeugen einer Fahrzeugflotte zu anfragenden Kunden bereitzustellen, bei dem einerseits eine zeiteffiziente Zuweisung der Fahrzeuge der Fahrzeugflotte zu anfragenden Kunden und andererseits eine möglichst optimale Zuweisung zwischen den anfragenden Kunden und den Fahrzeugen der Fahrzeugflotte erreicht wird.In general, it must be stated that there is still no satisfactory technical solution for the disadvantages described above. It is therefore the object of the invention to provide a method for assigning vehicles of a vehicle fleet to inquiring customers as quickly as possible, in which on the one hand a time-efficient allocation of the vehicles of the vehicle fleet to inquiring customers and on the other hand the best possible allocation between the inquiring customers and the vehicles of the vehicle fleet is achieved.
Die Aufgabe wird durch ein computerimplementiertes Verfahren zum Zuweisen von Fahrzeugen einer Fahrzeugflotte zu anfragenden Kunden nach Anspruch 1, ein computerlesbares Medium nach Anspruch 15, eine Zuweisungseinheit nach Anspruch 16 sowie ein Fahrzeugzuweisungssystem nach Anspruch 17 gelöst.The object is achieved by a computer-implemented method for assigning vehicles to a vehicle fleet to be requested by customers according to
Insbesondere wird die Aufgabe durch ein computerimplementiertes Verfahren zum Zuweisen von Fahrzeugen, insbesondere autonom fahrenden Fahrzeugen, einer Fahrzeugflotte zu anfragenden Kunden gelöst, folgende Schritte umfassend:
- a) Empfangen einer Vielzahl von Anfragen von Kunden in einer vorbestimmten Optimierungsperiode;
- b) Bestimmen von Zeitrahmen für die Wartezeiten jedes anfragenden Kunden;
- c) Bestimmen einer optimalen Zuweisung mit einem globalen Optimierungsverfahren, wobei die Wartezeiten der anfragenden Kunden und anfallende Kosten minimiert werden, sowie Bestimmen eines festen Abholzeitpunktes für jeden anfragenden Kunden;
- a) receiving a plurality of requests from customers in a predetermined optimization period;
- b) determining time frames for the waiting times of each inquiring customer;
- c) Determining an optimal allocation with a global optimization method, the waiting times of the inquiring customers and the costs incurred being minimized, as well as determining a fixed pick-up time for each inquiring customer;
Ein wesentlicher Kerngedanke der Erfindung beruht darauf, dass anfragende Kunden direkt einen Zeitrahmen für die Wartezeit erhalten. Der Zeitrahmen für die Wartezeit dient einerseits dafür, dass für die anfragenden Kunden direkt ersichtlich ist, wann mit einem Fahrzeug gerechnet werden kann. Insbesondere werden die Zeitrahmen anhand einer in Schritt b) festgelegten vorläufigen Zuweisung zwischen Fahrzeugen und anfragenden Kunden bestimmt. Es ist daher möglich, dass Fahrzeuge direkt losgeschickt werden können, noch bevor das globale Optimierungsverfahren in Schritt c) beendet wurde. Des Weiteren werden die festen Abholzeitpunkte der Kunden direkt nach dem globalen Optimierungsverfahren an die anfragenden Kunden kommuniziert.An essential core idea of the invention is based on the fact that inquiring customers are given a time frame for the waiting time. The time frame for the waiting time is used on the one hand to ensure that the inquiring customer can immediately see when a vehicle can be expected. In particular, the time frames are determined on the basis of a provisional assignment between vehicles and inquiring customers established in step b). It is therefore possible that vehicles can be dispatched directly even before the global optimization process in step c) has ended. Furthermore, the fixed pick-up times of the customers are communicated to the inquiring customers directly according to the global optimization process.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass insbesondere mit dem globalen Optimierungsverfahren eine bessere Zuweisung hinsichtlich der Wartezeiten und der anfallenden Kosten für die Fahrzeugflotte zwischen den Fahrzeugen der Fahrzeugflotte und anfragenden Kunden gefunden werden kann, als mit einer herkömmlichen Heuristik.Another advantage of the present invention is that, in particular with the global optimization method, a better allocation with regard to waiting times and the costs incurred for the vehicle fleet can be found between the vehicles of the vehicle fleet and inquiring customers than with a conventional heuristic.
Unter einem autonom fahrenden Fahrzeug wird ein Fahrzeug verstanden, das eine geeignete Sensorik aufweist und durch geeignete Algorithmen in der Lage ist, ohne, oder mit lediglich geringen, menschlichem Eingreifen zu fahren.An autonomously driving vehicle is understood to mean a vehicle that has suitable sensors and, thanks to suitable algorithms, is able to drive with little or no human intervention.
Eine vorbestimmte Optimierungsperiode bezeichnet einen festen Zeitraum, in dem eine Vielzahl von Anfragen von Kunden empfangen werden kann. Beispielsweise kann die Optimierungsperiode circa 2 Minuten betragen. Es ist ebenfalls denkbar, dass die Optimierungsperiode zwischen 2 und 10 Minuten beträgt.A predetermined optimization period denotes a fixed period of time in which a large number of requests from customers can be received. For example, the optimization period can be around 2 minutes. It is also conceivable that the optimization period is between 2 and 10 minutes.
Die Wartezeit eines anfragenden Kunden kann als die Zeit definiert werden, die zwischen der empfangenen Anfrage des Kunden und dem festen Abholzeitpunkt und/oder geschätzten Abholzeiten verstreicht.The waiting time of a requesting customer can be defined as the time that elapses between the received request from the customer and the fixed pick-up time and / or estimated pick-up times.
Insbesondere werden die Schritte a) bis c) periodisch wiederholt, wodurch auf neu eintreffende Anfragen durch Kunden dynamisch reagiert wird.In particular, steps a) to c) are repeated periodically, as a result of which there is a dynamic response to new inquiries from customers.
In einer Ausführungsform wird in Schritt b) mit einer Heuristik, insbesondere mit einem Nearest-Neighbor-Policy Verfahren, für jeden anfragenden Kunden ein Fahrzeug der Fahrzeugflotte bestimmt, das den anfragenden Kunden frühestmöglich abholen kann. Durch Verwendung einer Heuristik kann eine Anfangszuweisung zwischen den anfragenden Kunden und einem Fahrzeug der Fahrzeugflotte möglichst schnell bestimmt werden.In one embodiment, in step b) a heuristic, in particular a nearest neighbor policy method, is used to determine a vehicle of the vehicle fleet for each inquiring customer that can pick up the inquiring customer as early as possible. By using a heuristic, an initial assignment between the requesting customer and a vehicle in the vehicle fleet can be determined as quickly as possible.
Vorzugsweise wird in Schritt b) ferner eine geschätzte Abholzeit für jeden anfragenden Kunden ermittelt und insbesondere ein Fahrzeug der Fahrzeugflotte jedem anfragenden Kunden vorläufig zugewiesen, wodurch eine verlässliche erste geschätzte Abholzeit bestimmt werden kann.Preferably, in step b) an estimated pick-up time is also determined for each inquiring customer and, in particular, a vehicle of the vehicle fleet is provisionally assigned to each inquiring customer, whereby a reliable first estimated pick-up time can be determined.
Es wird bevorzugt, dass in Schritt b) ein vorbestimmter Zeitrahmen um die geschätzten Abholzeiten der anfragenden Kunden gelegt wird. Hierdurch wird es ermöglicht, einen Zeitrahmen derart festzulegen, dass dieser auch tatsächlich eingehalten werden kann.It is preferred that in step b) a predetermined time frame is placed around the estimated pick-up times of the inquiring customers. This makes it possible to set a time frame in such a way that it can actually be adhered to.
Insbesondere wird, sofern eine in Schritt b) geschätzte Abholzeit vor dem Ende der Optimierungsperiode liegt, das dem anfragenden Kunden bisher vorläufig zugewiesene Fahrzeug fest zugewiesen. Das Verfahren wird hierdurch beschleunigt, da Anfragen von Kunden, bei denen noch während der Optimierungsperiode die Möglichkeit besteht, abgeholt zu werden, direkt fest zugewiesen werden.In particular, if a pick-up time estimated in step b) is before the end of the optimization period, the vehicle previously provisionally assigned to the requesting customer is permanently assigned. This speeds up the process, as inquiries from customers who can still be picked up during the optimization period are assigned directly.
In Schritt c) wird vorzugsweise jedem anfragenden Kunden ein Fahrzeug der Fahrzeugflotte fest zugewiesen. Es werden Doppelzuweisungen verhindert, wodurch die Effizienz der Zuweisungslösung steigt.In step c), a vehicle from the vehicle fleet is preferably permanently assigned to each inquiring customer. Duplicate assignments are prevented, which increases the efficiency of the assignment solution.
Es ist bevorzugt, dass in Schritt c) eine Metaheuristik, insbesondere ein Tabu-Search-Verfahren, als globales Optimierungsverfahren verwendet wird, wobei die Wartezeiten der anfragenden Kunden und der voraussichtlich anfallenden Kosten minimiert werden. Durch die Verwendung einer Metaheuristik kann in verhältnismäßig kurzer Rechenzeit eine zielfunktionsgemäß bessere Lösung für das Gesamtsystem gefunden werden. Es ist daher möglich gleichzeitig die Wartezeiten der anfragenden Kunden und die anfallenden Kosten für den Betreiber der Fahrzeugflotte zu minimieren.It is preferred that in step c) a metaheuristic, in particular a taboo search method, is used as the global optimization method, the waiting times of the inquiring customers and the costs likely to be incurred being minimized. By using a metaheuristic, a functionally better solution for the overall system can be found in a relatively short computing time. It is therefore possible to minimize the waiting times of the inquiring customer and the costs incurred for the operator of the vehicle fleet at the same time.
Vorzugsweise umfassen die Anfragen der Kunden mindestens einen Abholort, und insbesondere einen Abgabeort, damit eine globale Optimierung des Gesamtsystems ermöglicht wird.The inquiries from customers preferably include at least one pick-up location, and in particular one delivery location, so that global optimization of the overall system is made possible.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden in Schritt c) im globalen Optimierungsverfahren nur die anfragenden Kunden berücksichtigt, die in Schritt b) vorläufig einem Fahrzeug zugewiesen wurden. Wenn in Schritt b) bereits anfragenden Kunden ein Fahrzeug fest zugewiesen wurde, werden die festen Zuweisungen nicht mehr erneut in dem globalen Optimierungsverfahren berücksichtigt. Die festen Zuweisungen bleiben somit unverändert. Dies dient dazu, den Lösungsraum für das globale Optimierungsverfahren zu verkleinern, so dass das erfindungsgemäße Verfahren beschleunigt wird.In a preferred embodiment, in step c) only those inquiring customers are taken into account in the global optimization method who were provisionally assigned to a vehicle in step b). If a vehicle has been permanently assigned to customers who have already made inquiries in step b), the fixed assignments are no longer taken into account again in the global optimization process. The fixed assignments therefore remain unchanged. This serves to reduce the solution space for the global optimization method, so that the method according to the invention is accelerated.
Insbesondere fahren die Fahrzeuge, die in Schritt b) vorläufig und/oder fest einem anfragenden Kunden zugewiesen wurden, in Richtung des Abholorts des zugewiesenen Kunden, sofern das zugewiesene Fahrzeug nicht von einem anderen Kunden verwendet wird. Hierdurch werden die Wartezeiten der anfragenden Kunden nicht unnötig verlängert.In particular, the vehicles that were provisionally and / or permanently assigned to a requesting customer in step b) drive in the direction of the pick-up location of the assigned customer, provided that the assigned vehicle is not being used by another customer. In this way, the waiting times of inquiring customers are not unnecessarily extended.
Es wird ferner bevorzugt, dass in Schritt c) durch das globale Optimierungsverfahren eine Zielfunktion:
Die Anzahl aller zum Zeitpunkt der Optimierung bekannten Anfragen wird mit n und die Anzahl aller Fahrzeuge durch m bezeichnet. Jeder anfragende Kunde ist einem Abholort i ∈ {1, ..., n} und einem Abgabeort i + n zugewiesen. Die Mengen aller Abholorte und Abgabeorte werden jeweils durch P und D bezeichnet.The number of all inquiries known at the time of optimization is denoted by n and the number of all vehicles by m. Each inquiring customer is assigned a pick-up location i ∈ {1, ..., n} and a drop-off location i + n. The quantities of all pick-up and drop-off locations are denoted by P and D, respectively.
Für alle Fahrzeuge v ∈ {2n + 1, ..., 2n + m} stellt die Menge C die tatsächlichen Standorte der Fahrzeuge (bei Leerfahrten) oder den Abgabeort der letzten zugewiesenen Anfrage eines Fahrzeugs zum Zeitpunkt der Optimierung dar.For all vehicles v ∈ {2n + 1, ..., 2n + m}, the set C represents the actual locations of the vehicles (for empty trips) or the delivery location of the last assigned vehicle request at the time of optimization.
Die Menge P ∪ D ∪ C wird durch V dargestellt, die alle Knoten eines ungerichteten Graphen G = (V,A) darstellt. Die Menge aller Kanten A enthält alle möglichen Kombinationen der verschiedenen Orte (a,b), wobei a ∈ C und b ∈ P, a ∈ P und b ∈ D , a ∈ D und ein ∈ P sein kann.The set P ∪ D ∪ C is represented by V, which represents all nodes of an undirected graph G = (V, A). The set of all edges A contains all possible combinations of the different locations (a, b), where a ∈ C and b ∈ P, a ∈ P and b ∈ D, a ∈ D and a ∈ P can be.
Die durch die Minimierung von fopt gefundene Lösung muss auch die folgenden Nebenbedingungen erfüllen:
Die erste Nebenbedingung legt fest, dass jede Anfrage genau einmal, also mit einem Fahrzeug, zugewiesen werden kann. Es wird auch sichergestellt, dass keine Ansammlungen von Fahrzeugen für einzelne Anfragen in Betracht gezogen werden, da jeder Abholung eines Kunden eine Abgabe des Fahrzeugs folgen muss. Die zweite Nebenbedingung setzt fest, dass die Abholung und Abgabe jedes Kunden vom selben Fahrzeug durchgeführt wird. Die dritte Nebenbedingung legt schließlich fest, dass die Abholzeit jedes Kunden ti,p vor der jeweiligen Abgabezeit ti,d erfolgen muss.The first secondary condition specifies that each request can be assigned exactly once, i.e. with a vehicle. It is also ensured that no collections of vehicles are taken into account for individual inquiries, as every pick-up of a customer must be followed by a drop-off of the vehicle. The second secondary condition stipulates that the pick-up and drop-off of each customer is carried out by the same vehicle. The third secondary condition finally stipulates that the pick-up time of each customer t i, p must take place before the respective drop-off time t i, d .
Vorzugsweise sind die einzelnen Strafparameter di abhängig von den jeweiligen voraussichtlichen Wartezeiten der anfragenden Kunden, wodurch eine Zuweisung mit möglichst kurzen Wartezeiten erreicht wird.The individual penalty parameters d i are preferably dependent on the respective expected waiting times of the inquiring customer, as a result of which an allocation with the shortest possible waiting times is achieved.
Insbesondere steigen die einzelnen Strafparameter di mit zunehmender voraussichtlicher Wartezeit der anfragenden Kunden stärker an. Ein stärkeres Ansteigen der Strafparameter mit zunehmender voraussichtlicher Wartezeit hat zur Folge, dass längere Wartezeiten stärker gewichtet werden, wodurch bei der Minimierung der Zielfunktion kürzere Wartezeiten stärker bevorzugt werden.In particular, the individual penalty parameters d i increase more sharply as the expected waiting time of the inquiring customer increases. A greater increase in the penalty parameters with an increasing expected waiting time has the consequence that longer waiting times are weighted more heavily, whereby shorter waiting times are more preferred when minimizing the objective function.
Die Aufgabe der Erfindung wird darüber hinaus durch ein computerlesbares Medium gelöst, umfassend Anweisungen, die, wenn sie von einem Prozessor ausgeführt werden, bewirken, dass der Prozessor das Verfahren eines der vorherigen Ansprüche ausführt.The object of the invention is also achieved by a computer-readable medium, comprising instructions which, when executed by a processor, cause the processor to execute the method of one of the preceding claims.
Des Weiteren wird die Aufgabe der Erfindung durch eine Zuweisungseinheit gelöst, die dazu konfiguriert ist, Standortinformationen von Fahrzeugen einer Fahrzeugflotte und Anfragen von Kunden zu empfangen, wobei den anfragenden Kunden nach dem Verfahren nach der obigen Art ein Fahrzeug aus der Fahrzeugflotte zugewiesen wird.Furthermore, the object of the invention is achieved by an assignment unit which is configured to receive location information from vehicles in a vehicle fleet and requests from customers, the requesting customer being assigned a vehicle from the vehicle fleet according to the method of the above type.
Ferner wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Fahrzeugzuweisungssystem gelöst, das eine Fahrzeugflotte bestehend aus mehreren Fahrzeugen, die vorzugsweise autonom fahren, und eine Zuweisungseinheit aufweist, wobei anfragenden Kunden nach dem Verfahren nach der obigen Art ein Fahrzeug aus der Fahrzeugflotte zugewiesen wird.Furthermore, the object of the invention is achieved by a vehicle allocation system which has a vehicle fleet consisting of several vehicles, which preferably drive autonomously, and an allocation unit, with inquiring customers being allocated a vehicle from the vehicle fleet according to the method of the above type.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further embodiments emerge from the subclaims.
Um Lösungen für die Minimierung der oben beschriebenen Zielfunktion zu finden, wird eine Metaheuristik verwendet werden. Beispielsweise kann ein Tabu-Search-Verfahren verwendet werden.In order to find solutions for the minimization of the objective function described above, a metaheuristic will be used. For example, a taboo search method can be used.
Die Grundidee des Tabu-Search-Verfahren besteht darin, nicht in lokalen Optima (bzw. Minima) zu verharren, indem auch Lösungen zugelassen werden, die in Bezug auf den Wert der Zielfunktion schlechter sind. Gleichzeitig werden Lösungen, die bereits während der Suche gefunden wurden, nicht erneut zugelassen.The basic idea of the taboo search procedure is not to stick to local optima (or minima) by allowing solutions that are worse in terms of the value of the objective function. At the same time, solutions that have already been found during the search are not allowed again.
Die Initiallösung zu Beginn jeder Optimierung wird beispielsweise durch einen NNP Verfahren erzeugt. Anschließend erfolgt die iterative Optimierung.The initial solution at the beginning of each optimization is generated, for example, by an NNP process. The iterative optimization then takes place.
Bei jeder Iteration des Optimierungsverfahrens wird durch die Anwendung lokaler Transformationen auf die aktuelle Lösung eine Nachbarschaft definiert. Diese Nachbarschaft wird verwendet, um neue Lösungen zu finden.With each iteration of the optimization process, a neighborhood is defined by applying local transformations to the current solution. This neighborhood is used to find new solutions.
Es können beispielsweise drei verschiedene Arten von Transformationen angewendet werden: Swaps, Shifts und Interchange. Ein Swap tauscht Anfragen innerhalb der Route eines Fahrzeugs, während ein Shift die letzte Anfrage der Route eines Fahrzeugs an das Ende der Route eines anderen Fahrzeugs verschiebt. Ein Interchange verändert die Lösung, indem Anfragen von zwei verschiedenen Fahrzeugrouten austauscht werden.For example, three different types of transformations can be applied: swaps, shifts and interchange. A swap exchanges requests within the route of a vehicle, while a shift moves the last request of the route of one vehicle to the end of the route of another vehicle. An interchange changes the solution by exchanging requests from two different vehicle routes.
Alle Lösungen einer Nachbarschaft sind nach dem Wert der Zielfunktion fobj geordnet. Es wird eine sogenannte Tabuliste erstellt und überprüft. Die Tabuliste zeigt an, ob eine Lösung bereits gefunden wurde und daher nicht als neue Initiallösung verwendet werden kann. Es wird eine beste Nachbarlösung akzeptiert, falls diese noch nicht vorhanden ist, und in die Tabuliste aufgenommen.All solutions of a neighborhood are ordered according to the value of the objective function f obj . A so-called tabular list is created and checked. The tabular list shows whether a solution has already been found and therefore cannot be used as a new initial solution. A best neighbor solution is accepted, if it does not already exist, and added to the tabular list.
Akzeptierte Lösungen werden dann mit der besten gefundenen Lösung verglichen, die in der ersten Iteration gleichzeitig die erste Lösung ist. Wenn der Zielfunktionswert der akzeptierten Lösung kleiner ist als der Zielfunktionswert der besten gefundenen Lösung, wird die beste Lösung durch die akzeptierte Lösung ersetzt.Accepted solutions are then compared with the best solution found, which is also the first solution in the first iteration. If the objective function value of the accepted solution is smaller than the objective function value of the best solution found, the best solution is replaced by the accepted solution.
Die Tabuliste kann eine maximale Anzahl von Einträgen aufweisen. Beispielsweise kann die maximale Anzahl
Wenn die beste Nachbarlösung bereits auf der Tabuliste steht, wird sie nicht akzeptiert und der nächste auf der geordneten Liste aller Nachbarn wird überprüft bis i) eine Lösung gefunden wird, die nicht auf der Tabuliste steht, ii) alle benachbarten Lösungen überprüft werden oder iii) eine maximale Anzahl von bereits gefundenen Lösungen überprüft wird, was in dieser Arbeit der maximalen Anzahl von Einträgen in der Tabuliste entspricht.If the best neighbor solution is already on the tab list, it is not accepted and the next one on the ordered list of all neighbors is checked until i) a solution is found that is not on the tab list, ii) all neighboring solutions are checked, or iii) a maximum number of solutions already found is checked, which in this work corresponds to the maximum number of entries in the tab list.
Wenn eine Lösung akzeptiert wird, beginnt eine neue Iteration mit dieser Lösung als Initiallösung. Wenn ii) oder iii) der Fall ist, wird die Suche abgebrochen.If a solution is accepted, a new iteration begins with this solution as the initial solution. If ii) or iii) is the case, the search is canceled.
Dieser Vorgang wird iterativ ausgeführt, bis er entweder abbricht oder bis eine maximale Anzahl von Iterationen erreicht ist. Beispielsweise kann eine maximale Anzahl von Iterationen
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter erläutert. Hierbei zeigen:
-
1 ein Ablaufdiagramm von einem Ausführungsbespiel der vorliegenden Erfindung und -
2 eine schematische Abbildung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
-
1 a flow chart of an embodiment of the present invention; and -
2 a schematic illustration of an embodiment of the present invention.
In
Es wird zunächst in Schritt
In Schritt
Nachdem alle neuen Anfragen zu den zu optimierenden Anfragen hinzugefügt wurden, wird in Schritt
In Schritt
Falls das Ende der Optimierungsperiode erreicht ist, werden in Schritt
In Schritt
In Schritt
In
Die Anfragen der Kunden können hierbei beispielsweise über eine Applikation und/oder ein Programm eines Mobiltelefons und/oder eines Benutzerendgeräts an die Zuweisungseinheit versendet werden. Hierfür weist die Zuweisungseinheit entsprechende Empfangsvorrichtungen und/oder eine geeignete Schnittstelle auf, um die Anfragen der Kunden zu empfangen.The customer's inquiries can be sent to the assignment unit, for example, via an application and / or a program on a mobile phone and / or a user terminal. For this purpose, the assignment unit has corresponding receiving devices and / or a suitable interface in order to receive the inquiries from the customers.
Bei den Fahrzeugen der Fahrzeugflotte handelt es sich vorzugsweise um autonom fahrende Fahrzeuge. Die aktuellen Standorte der Fahrzeuge können periodisch und/oder ereignisgesteuert (beispielsweise auf Anfrage der Zuweisungseinheit
Vor Ablauf der Optimierungsperiode Tg,opt werden Zeitrahmen
Anschließend findet das globale Optimierungsverfahren (beispielsweise nach einer Metaheuristik, wie der Tabu-Search) statt, wobei die Wartezeiten der anfragenden Kunden und anfallenden Kosten minimiert werden. Bei dem globalen Optimierungsverfahren werden nur die Anfragen der Kunden berücksichtigt, die bisher vorläufig zugewiesen wurden. Es wird außerdem ein fester Abholzeitpunkt
Des Weiteren ist die Zuweisungseinheit
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 100100
- Schritt, bei dem in einen nächsten Iterationsschritt übergegangen wird;Step in which a transition is made to a next iteration step;
- 101101
- Abfrage, ob neue Anfragen empfangen wurden;Query whether new requests have been received;
- 102102
- Bestimmen der Zeitrahmen für die Wartezeiten der anfragenden Kunden und kommunizieren der Wartezeiten an die Kunden;Determine the time frame for the waiting times of the inquiring customers and communicate the waiting times to the customers;
- 103103
- Abfrage, ob die Fahrzeuge die Abholorte von den vorläufig zugewiesenen Kunden erreichen werden;Query whether the vehicles will reach the pick-up locations of the provisionally assigned customers;
- 104104
- feste Zuweisung;fixed assignment;
- 105105
- Abfrage, ob das Ende der Optimierungsperiode erreicht ist;Query whether the end of the optimization period has been reached;
- 106106
- globales Optimierungsverfahren;global optimization process;
- 107107
- Kommunizieren der festen Abholzeiten an jeden anfragenden Kunden;Communicating the fixed pick-up times to each requesting customer;
- 108108
- aktuelle Lösung;current solution;
- 11
- Zuweisungseinheit;Allocation unit;
- F1, F2, F3F1, F2, F3
- Fahrzeuge der Fahrzeugflotte;Vehicles in the vehicle fleet;
- K1, K2K1, K2
- anfragende Kunden;inquiring customers;
- I1, I2 I3 I 1 , I 2 I 3
- aktuelle Standorte der Fahrzeuge der Fahrzeugflotte;current locations of the vehicles in the vehicle fleet;
- p1, p2 p 1 , p 2
- fest zugewiesener Abholort;permanently assigned pick-up location;
- R1, R2R1, R2
- Anfragen der Kunden;Customer inquiries;
- T1win, T2win T1 win , T2 win
- Zeitrahmen für die Wartezeit der anfragenden Kunden; undTime frame for the waiting time of the inquiring customer; and
- t1,p, t2,p t 1, p , t 2, p
- fester Abholzeitpunkt für die anfragenden Kunden;fixed pick-up time for inquiring customers;
Claims (17)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019109711.8A DE102019109711A1 (en) | 2019-04-12 | 2019-04-12 | Computer-implemented method for assigning vehicles to a vehicle fleet and vehicle assignment system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019109711.8A DE102019109711A1 (en) | 2019-04-12 | 2019-04-12 | Computer-implemented method for assigning vehicles to a vehicle fleet and vehicle assignment system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102019109711A1 true DE102019109711A1 (en) | 2020-10-15 |
Family
ID=72613397
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102019109711.8A Pending DE102019109711A1 (en) | 2019-04-12 | 2019-04-12 | Computer-implemented method for assigning vehicles to a vehicle fleet and vehicle assignment system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102019109711A1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20170123421A1 (en) * | 2015-11-04 | 2017-05-04 | Zoox, Inc. | Coordination of dispatching and maintaining fleet of autonomous vehicles |
US20180231984A1 (en) * | 2017-01-23 | 2018-08-16 | Massachusetts Institute Of Technology | System for On-Demand High-Capacity Ride-Sharing Via Dynamic Trip-Vehicle Assignment and Related Techniques |
US10248913B1 (en) * | 2016-01-13 | 2019-04-02 | Transit Labs Inc. | Systems, devices, and methods for searching and booking ride-shared trips |
-
2019
- 2019-04-12 DE DE102019109711.8A patent/DE102019109711A1/en active Pending
Patent Citations (3)
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