WO2001001369A1 - Verfahren zur steuerung von transporteinheiten in einem verkehrsnetz - Google Patents

Verfahren zur steuerung von transporteinheiten in einem verkehrsnetz Download PDF

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WO2001001369A1
WO2001001369A1 PCT/EP2000/005607 EP0005607W WO0101369A1 WO 2001001369 A1 WO2001001369 A1 WO 2001001369A1 EP 0005607 W EP0005607 W EP 0005607W WO 0101369 A1 WO0101369 A1 WO 0101369A1
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WO
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route
auction
transport
fee
transport unit
Prior art date
Application number
PCT/EP2000/005607
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English (en)
French (fr)
Inventor
Guido Matylis
Sebastian Iwanowski
Original Assignee
Daimlerchrysler Ag
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    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07B—TICKET-ISSUING APPARATUS; FARE-REGISTERING APPARATUS; FRANKING APPARATUS
    • G07B15/00—Arrangements or apparatus for collecting fares, tolls or entrance fees at one or more control points
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00—Administration; Management
    • G06Q10/08—Logistics, e.g. warehousing, loading or distribution; Inventory or stock management
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/20—Monitoring the location of vehicles belonging to a group, e.g. fleet of vehicles, countable or determined number of vehicles

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling transport units in a traffic network, which has interconnected path elements which are assigned a maximum number of transport units which are predetermined for each path element, the predetermined number being variable during the course of the method.
  • the state of the art differentiates between schedule-based and schedule-free traffic systems.
  • a typical example of a schedule-based traffic system is a railway traffic network.
  • the control of trains in track networks is carried out by central units (namely the signal boxes), which keep a global timetable, monitor the compliance with this timetable by all trains and make corrections in the event of deviations. In practice, these corrections are still largely made through human intervention.
  • central units namely the signal boxes
  • These corrections are still largely made through human intervention.
  • all known approaches still assume that the trains operate according to timetables that are managed centrally.
  • a typical example of a timetable-free traffic system is a road network.
  • the vehicles are controlled completely autonomously and are not subject to central control. It is but it is useful to automatically give route recommendations for the vehicles that take into account the individual wishes of the drivers.
  • the first versions of such route recommendation devices are already commercially available in series vehicles. However, these do not respond to the driver's individual preferences or to the current traffic situation (eg traffic jams). Approaches that take this into account are still in the research stage.
  • the invention is based on the object of specifying a method for controlling transport units in a transport network with an optimized operating sequence, which eliminates the use of a timetable for transport systems and takes into account the current traffic situation.
  • the object is achieved by a method for controlling transport units in a traffic network, which has interconnected path elements which are assigned a maximum number of transport units predetermined for each path element, the predetermined number being variable during the course of the method, wherein
  • the time is divided into discrete time intervals and each transport unit can start its journey at any time interval, each path element is charged with a minimum fee to be paid by a transport unit for the time interval at which it occupies the path element, each transport unit a budget of fee units is made available, and the transport units buy one way using an auction mechanism.
  • the motivation for the present invention is to improve the operational flow in traffic networks.
  • the invention can be used for traffic networks such as rail traffic, air traffic, ship traffic and individual road traffic and offers advantages for these traffic networks over the previous state of the art.
  • the invention can be used wherever "transport units" are to be moved from one location to another location.
  • “railroad units, road vehicles, ships, airplanes, but also containers or, for example, packages” are conceivable as “transport units”.
  • the other exemplary embodiments are generally directed to rail transport, but are also applicable to all other conceivable embodiments of transport networks.
  • the method of the present invention manages completely without timetables.
  • the trains for example, travel individually on their track network and are controlled by their own decentralized software units. It is advantageous, but not necessary, to implement these decentralized software units as software agents.
  • the decentralized approach makes it possible to react more flexibly to unforeseen malfunctions and only carry out the recalculations that are really necessary, which significantly reduces complexity and thus significantly increases the ability to use the controller during operation. This optimizes the operational process.
  • Dispensing with central timetables also compensates for a competitive disadvantage of the train compared to the road:
  • the fact that a road vehicle can go anywhere at any time and is not controlled centrally and can thus react more flexibly to disruptions causes many People prefer to use a car rather than the train, and many freight forwarders prefer to have their goods transported by truck rather than a freight train.
  • the present invention enables the trains to move freely in the rail network in a manner similar to a car in the road network.
  • the different routes are allocated via an auction process in which the trains participate with a specified budget.
  • the advantage of an auction procedure is that it gives auctioneers (in this case the trains) a free hand according to which criteria they choose a cheap route, and nevertheless ensures in a "soft way" that there is a fair balance of conflicting interests comes because the budget for each participant is limited.
  • certain auction participants can be prioritized without automatically knocking out weaker applicants (a less wealthy auction participant who only needs a small piece of the track, for which also other people are interested, and there is no alternative, may offer more than a “rich” auction participant who can travel another route at low additional costs).
  • the procedure meets the requirements of rail transport to differentiate between trains of different categories such as ICE, D-Zug and regional transport.
  • the present method Since the present method is not dependent on the vehicles being track-bound, it can also be used in air traffic. All the advantages just mentioned also apply to this traffic area, because airplanes do not fly freely on the air traffic routes, but adhere to flight plans and are currently controlled from central flight control centers.
  • the present method offers a particular advantage in the catchment area of airports in which the air traffic is very congested and often leads to "traffic jams", which has an effect on waiting patterns for the individual aircraft.
  • the present method can also be used in individual road traffic. In this traffic network can already move the vehicles without central control according to the prior art, so that the method of the invention no sub- substantial improvement in this regard means (in contrast to the above-mentioned transport networks).
  • the method enables any vehicle that is already on a previously planned route to reschedule the route in the event of a spontaneously occurring event (usually a "fault") either for the route or for the vehicle.
  • the method used has the advantage over the prior art that it can take into account individual preferences and destinations of the user when recommending alternative routes, for example not all affected vehicles have the same recommendation.
  • the auction procedure also ensures that the vehicles are evenly distributed across the traffic routes without all vehicles being treated equally. In this way, the process not only serves to avoid traffic jams, but also to reduce congestion.
  • FIG shows a ferry waiting search tree in a schematic representation, and several embodiments.
  • the method of the invention uses the following model for the transport network:
  • the smallest units in the transport network are Wegelemeri'ce. These are interconnected.
  • Path elements are usually assigned to type classes. Each type class has well-defined ports and parameters that determine how to get from one port to another. In this way, path elements of the type switch, route element, crossing, etc. can be defined. Using the example of a switch it becomes clear that it is not always possible to get from every port of a route element to every other port of the same route element.
  • the parameters of a route element also specify the length, geographical location and other physical conditions, on which it depends how quickly a transport unit can get from one port to another.
  • Railway stations or other stops must also be defined as a route element. This corresponds to reality, because even breakpoints actually have a spatial extension.
  • non-track-bound traffic networks are usually modeled differently: In the general case, a traffic network consists of nodes and connections between these nodes. The control task is to route transport units from one node of the transport network to another. The transfer to the model described above is simple: nodes and connections are modeled as path elements or as a sequence of path elements. The control task then consists of guiding transport units from one path element to another.
  • transport units may use the same route element, but not at the same time in rail traffic. It is common in this domain to work with discrete time intervals at which a train can occupy a path element. A path element may only be used by one transport unit in the same time interval. The occupancy of an entire A route over several time intervals is called a timetable route.
  • the present method also works with discrete time intervals. Since the procedure is not limited to rail traffic and does not presuppose the existence of a timetable, the term timetable route is misleading and is replaced by the term route use in this description.
  • the control task therefore consists in finding a route usage for each transport unit, ie the determination of successive time intervals for the elements of a route, so that there are no conflicts. A conflict arises when more transport units than permitted simultaneously occupy a route element. As just mentioned, the permissible maximum number of transport units per time interval in rail traffic is 1. The same is also useful for air traffic.
  • the method allows path elements to be occupied by several transport units in the same time interval, ie the specified maximum number of transport units can be greater than 1.
  • This maximum number is always a clearly assigned parameter, which may depend on the type of the travel element and possibly on other parameters (eg the length). For example, a three-lane highway section can be divided into 10 km long route elements and a maximum occupancy of 600 vehicles per minute, whereby an average transport unit would have to occupy the route element for 6 minutes.
  • the maximum occupancy number may fluctuate in the course of the control process: For example, the block a lane reduce the maximum occupancy of the route element just described to 400 vehicles.
  • Each route element is subject to a minimum fee that has to be paid by a transport unit for each time interval used. It is irrelevant for this whether the transport unit is moving on the path element or whether it is only waiting there, provided that a stop is permitted for this path element.
  • Each transport unit receives a budget of fee units and in an auction, which is held for all route elements of the network, a route use, i.e. the allocation of the elements of a path at certain times.
  • each transport unit can have a different budget and a different strategy for how this budget should be used.
  • An advantageous embodiment of the method divides the vehicles into different categories, for which a generic budget and a generic strategy are defined, which apply to all vehicles in the relevant category.
  • a generic budget and a generic strategy are defined, which apply to all vehicles in the relevant category.
  • individual vehicles continue to receive individual budgets or strategies, even if they belong to a category, in the sense of an object-oriented inheritance hierarchy.
  • a data processing unit acts as an auctioneer. Every transport unit that wants to buy a way to buy it must register with the auctioneer. The auctioneer lets each interested transport unit make an offer on a list of the required routes with the associated time intervals.
  • An auction mechanism determines which offer is rated the best and in which order the transport units are surveyed. For example, there can be auction rounds, in which each transport unit can submit exactly one offer, which for each individual route element outbids all offers available to date. The minimum stake must in any case be the minimum fee set in the procedure. Each transport unit that has been awarded the surcharge for using the route will be deducted from its budget the most recently offered fee. There is a local data processing unit for each transport unit, which performs the following tasks:
  • step 2 For route uses already determined in step 2, an offer is calculated that exceeds the minimum fee and the previous maximum bid for each route element concerned, provided that the budget set for the transport unit is not exceeded.
  • These tasks can be processed at different frequencies and in any order and can also be interwoven with the various auction rounds. Advantageous embodiments of how this can be carried out in more detail will be described later.
  • an auxiliary graph is now constructed in order to use the search algorithm for the shortest paths to find the cost-optimal solution.
  • Dijkstra's algorithm is used as the search algorithm.
  • the advantageous embodiment also works with any other route algorithm.
  • the currently available highest bids for the respective route unit and the respective time interval are the basis for calculating your own offer.
  • the bids possibly the minimum price of a time interval, are added up to the costs for the fastest possible use of the route.
  • the decision to select the fastest possible route as the next offer presupposes the willingness of the transport units to outbid all existing bids at the required time intervals.
  • overbidding there is the possibility of waiting for later time intervals, which may be less expensive, the "waiting" also causing costs by remaining on the old route element.
  • the drive-wait search tree to be constructed is shown schematically in the FIG and has pairs of the form as a node (path element of w, set of time intervals).
  • Each edge of the search tree corresponds to a decision as to whether the existing bid should be outbid for a set of required time intervals or whether to wait for a later time interval.
  • the travel costs of each edge are the lowest bid that currently exceeds all other offers already made in the auction for the corresponding travel element and time interval.
  • SWB is the path P (A, B) that results when the transport unit decides in any case to outbid the already existing offer.
  • - predecessor [i] contains the direct predecessor of i on the cost-optimal route from A to i.
  • - CLOSED contains all nodes. In the iteration, successive nodes are moved from OPEN to CLOSED. After each iteration, the objects should contain the following data: - costs [i] contains the costs of the optimal route already calculated from A to i.
  • - predecessor [i] contains the direct predecessor of i on the cost-optimal route already calculated from A to i.
  • - CLOSED contains all nodes from which child nodes have already been created
  • - OPEN contains all nodes that are still active (all those from which no child nodes have yet been created).
  • the case is taken into account that the transport unit must cross this path element at a specific speed over a certain number of time intervals if a path element is intended to be occupied. Since the transport unit receives a minimum braking distance in this way, it is possible that even when the maximum braking force is used, it will no longer be possible to come to a standstill on the same path element. This means that it can no longer wait as long on this route element.
  • the advantageous embodiment marks the search tree nodes with the maximum possible waiting time and no longer forms successor nodes that require the same path element to be occupied with a time interval after this maximum possible waiting time.
  • the procedure is basically ended by the auctioneer not allowing any more auction rounds. Then no transport unit can bid for new uses of the auction and must be satisfied with what has been auctioned so far. Different configurations of the method can determine when the auctioneer cancels the auction.
  • An obvious demolition criterion is that all transport units have bought one way use, no way is used at the same time interval beyond its maximum number and each transport unit is "satisfied" with its use of the way, ie no transport unit registers more need for another way use.
  • One of the main advantages of the method of the invention is that the transport units can react very flexibly to unforeseen disturbances.
  • One embodiment of the method therefore describes how it is recognized that a transport unit cannot realize a planned use of the route and how such a transport unit can then obtain a new use of the route:
  • the reason why use of the route can no longer be realized can be due to unforeseen changes lying on the way (such as blockage of the route, traffic jam), on the other hand it may be due to the transport unit itself (such as reduced maximum speed, delay due to higher passenger volume). Therefore, not only the transport units but also the route elements are assigned local data processing units that monitor any changes in the parameters.
  • a malfunction is detected on a route element, all transport units that want to use the route element and could be affected by the change in the parameters are informed. If a transport unit detects that such a message or a malfunction caused by it is that it can no longer use the path, Gich tries to buy a new path at auction. To do this, either Trigger a new auction (as at the beginning of the procedure, if there is no assignment of route usage yet) or participate in an auction triggered by another transport unit. At the start of a new auction, new budgets are distributed to the transport units. Otherwise, a transport unit that has already used up its entire budget for the previously known conditions could no longer react to unforeseen changes.
  • transport units whose use of the route is not affected by the rescheduling of other transport units will continue to use the route and continue the journey as planned.
  • a strategy has the task of deciding when and under which conditions one of the actions described above should be carried out.
  • One way of defining a strategy is to decide between the two actions whether a new route should be calculated or whether a new route use should be calculated for an already calculated route and an associated offer. Another possibility is to decide whether a new route use should be calculated or whether a new offer should be calculated for an already calculated route use.
  • four train categories that is to say categories for transport units, are defined for rail traffic: ICE, IC, IR, RE and GV.
  • an ICE With every tender, an ICE will first try to prove its originally planned use of the route (probably the quickest route to the destination) by consistently outbidding all competitors. The ICE only gives way when the cost of using this route exceeds 1.5 times the cost of using the same route in a later time interval to the later time interval. If the costs for using a route in a later time interval exceed twice the current costs for another route, the ICE will switch to using this route. With every call for tenders, an IC will first try to prove its originally planned route use (probably the quickest way to the goal) by consistently outbidding all competitors. Only when the cost of using this path exceeds 1.3 times the cost of using the same path in a later time interval, does the IC switch to the later time interval.
  • An IR compares the costs by bidding for the originally planned use of the route with the costs for using the same route in a later time interval and provides the less expensive variant with a bid. If the costs of both variants exceed 1.3 times the cost of using another route, the IR switches to the other route.
  • a RE compares the costs by bidding for the originally planned use of the route with the costs for using the same route in a later time interval and bids the cheaper option. If the costs of both variants exceed 1.3 times the cost of using another route, the RE will switch to the other route.
  • a general contract compares the costs by bidding for the originally planned use of the route with the costs for using the same route in a later time interval and the costs for using another route and selects the cheapest option.
  • the train categories are still equipped with different budgets: this is how an ICE gets 10 times, an IC 5 times, an IR 3 times and a RE 1.8 times the budget of a GM.
  • Another variant is to define special delay costs if a timetable is available and to take these into account in the cost comparisons just mentioned.
  • Factors n and m can thus be defined for each category of transport units. After calculating a new route and the intended use of the route, the transport units only attempt to purchase this route by bidding all competitors until the fee to be paid is n times the fee calculated for the first time. Only then is it switched to another route use of the same route, which begins at a later time interval. The transport units only consider a new route if the fee to be paid for the other route use is m times the fee calculated for the first time.
  • the auction process should run a little differently than in the configurations described above: Because of the large number of road users, it is not practical if everyone is allowed to trigger an auction. This task should rather be taken over by a vehicle coordinator who accepts the auction requests and decides, based on his own heuristics, whether a new auction should be triggered. The calculation of an optimal use of time in road traffic does not have to be as much in the foreground as in rail transport, which is why the bidders are only offered in their offer to indicate one of the best rated routes and not to reserve exactly the time use of the same.
  • the vehicles could calculate their expected temporal use of the route elements and submit them in the offer. In this way, the auctioneer could assign more vehicles to the same route than without knowing the times of use. This method is also without continuous monitoring and enforcement of the time during the journey Reservations effective on average. The quality essentially depends on the quality of the forecast of when the vehicle is likely to use which route element.
  • the method is designed in such a way that it subtracts the vehicles that are on the route or are forecast on the route, to which it has no access, from the maximum occupancy number and only distributes the difference.
  • the heuristic of the vehicle coordinator triggers an auction after a sufficient number of vehicles have registered an auction request: These are either vehicles that are to be given a route for the first time so that they can start their journey, and vehicles that are already driving whose route has deteriorated significantly.
  • the vehicle coordinator is now adding further vehicles to this list: All vehicles for which the route could be contested by the vehicles mentioned above must also participate in the auction. All vehicles whose route contains at least one route segment to which another vehicle submits a new bid and in which the requested time slices of the other vehicle overlap with the auctioned time slices of the first vehicle are thus to be determined. So there are a given route segment and one predetermined amount of time slices to determine all the vehicles that have bought the use of the route segment for one of these time slices.
  • every participant in this auction receives a new budget. Any auction participant has an additional budget not yet used from past auctions. It is therefore up to the individual bidding strategy to save some budget for unexpected obstacles in the future.
  • every auction participant receives a reimbursement for parts of the route that have already been auctioned and thus "paid", but which he then did not drive. In this way, vehicles that were neglected in previous auctions or whose auctioned route subsequently proved to be inoperable, in subsequent auctions automatically more chances because your budget grows by not using routes.
  • Each auction consists of several auction rounds.
  • each vehicle that has been determined as an auction participant according to the criteria described above sends the vehicle coordinator a message as to whether it is interested in carrying out a new auction round at all.
  • a heuristic of the vehicle coordinator decides whether a new auction round will be carried out. This heuristic takes into account the size of the proportion of those willing to auction Vehicles for all potential auction participants.
  • each auction participant (including those who originally did not want a new auction round) must submit bids on all segments of a route selected by them.
  • the desired period of use is specified for each segment. This period of use is calculated from the data supplied with each segment and the time of departure of the vehicle: from this, the time of the expected entry and exit from the segment is calculated.
  • the requested period of use should include these times generously, since it is only a forecast that can change under certain circumstances. This applies in particular to segments that are still far away from the current location of the vehicle.
  • Each bid must be at least as high as the minimum fee required by the segment. This fee applies to the use of the segment from start to finish and does not depend on the length of the requested period of use.
  • Each auction participant places a bid on exactly one route. It is up to the vehicle's bidding strategy which route it selects from the previously calculated route and which part of its budget it uses on the route it has selected, as well as how it distributes the total budget for the route to the individual segments. How generous the requested usage period for a segment is continues to be determined by the vehicle's bidding strategy.
  • the vehicle coordinator collects the bids and forwards them to the auctioneer, ie submitting the bids Offers in an auction round run in parallel. Therefore, the vehicles do not have the option of taking into account the bids of the competitors in the same auction round in their bidding behavior. However, the vehicles have the option of viewing the bids of the past auction round anonymously, ie they find out how many bidders have placed which bids on the individual segments. However, they do not find out the identity of the bidders and therefore cannot learn the bidding behavior of the competitors.
  • the auctioneer now distributes the segments on which bids have been made to the bidders according to a defined auction mechanism. The following auction mechanism is particularly advantageous for the procedure: All auction participants bid in parallel.
  • the winner will be awarded to the highest bidder, but at the price of the next bidder.
  • This auction mechanism is known in the literature as the first-bid-second-price. It is not very time consuming and is particularly advantageous for honest bidders, ie it is not worth offering less than what the bid is really worth.
  • the auction mechanism has to be modified somewhat, because in the scenario under consideration, several bidders can be allocated the same resource (since the maximum number of occupants of a segment is significantly greater than 1): the price of the highest bid of a vehicle that is not the route got more applies to everyone who got the route. If all bidders have received the route, the minimum fee applies as the price.
  • the auctioneer accepts the wishes of the vehicles and checks for each segment how many vehicles he can send on the route depending on the current number of occupants and the maximum number of occupants. Vehicles whose requested periods of use are in the same segment do not overlap, do not interfere. Therefore, when assigning the segments, you only have to ensure that the maximum number of occupancies is never exceeded. In order to be able to meet this condition efficiently, the process works with fixed time slices, which divide the time into even intervals. Each vehicle must specify time slices covering the period of use for each segment requested. The auctioneer distributes the route segments for each requested time slice to the bidding vehicles in the order of their bids (starting from the highest). When the maximum occupancy for a route segment is reached, no more vehicles can be registered on this segment, even if they have requested it.
  • each vehicle receives part of the requested route. In the best case, it gets the entire route, in the worst case no segment at all. In the middle case, the vehicle is given a route with "holes" from segments for which it has not been awarded the contract.
  • the following auction rounds must serve each vehicle to close these "holes".
  • a vehicle can only use a route from the starting point to the first point of a segment that it did not get. Segments behind "holes" are worthless. Therefore, every vehicle must try to secure a long, continuous piece behind the starting point. This must be taken into account in the individual bidding behavior.
  • each vehicle After a route or part of a route has been auctioned, each vehicle specifies a tolerance measure in percent by which the quality of the route traveled may deteriorate without the vehicle wanting to participate in a renewed auction to bid for a better route. If the current traffic situation and thus the evaluation of this route deteriorates by more than the tolerance measure (due to a malfunction such as a traffic jam or total closure), the vehicle reports its needs to the vehicle coordinator.
  • the method of the invention receives significant added value through the implementation of individual auction strategies for the vehicles. These auction strategies take account of the autonomy of the individual vehicles. In principle, any auction strategies can be integrated into the AVIR prototypes.
  • the bidder types can be differentiated according to the following criteria:
  • the first criterion is the individual assessment of the route quality: There are three basic types based on this criterion: one prefers the geographically shortest route, the second the fastest route in time and the third the route with the lowest minimum bids.
  • the second criterion is the strategy of how the bids are distributed within the preferred route: Here there is the type who distributes the total budget he is willing to spend on the route to the individual segments in proportion to the minimum bids. Another type divides the route into two parts of different sizes and places more weight on the first part. The size of the two parts and the proportion of the larger weight are determined by individual parameters.
  • Another criterion is the reaction to the outcome of the previous auction round: While one type tries to switch to the next best route in the event of a failure, the second type reallocates the budget by spending more on the
  • Another criterion is the tolerance measure for the deterioration of the route currently being traveled: this tolerance measure is set individually for each vehicle after a route has been received. Every time the tolerance threshold is exceeded, the vehicle notifies the vehicle coordinator of the need for a new auction. A distinction must be made between types that always choose the same tolerance measure and types that make the tolerance measure dependent on the quality of the route purchased: If the auctioned route is not the originally preferred route, the maximum tolerated deterioration of this route is significantly less than for the favorite route.
  • the method of the invention can also be used for charging road tolls. For this it makes sense that the vehicles can continue to move freely in traffic. However, the use of a route that was not auctioned should cost more than if it had been auctioned. Otherwise there would be no reason for the vehicles to participate in the auction process.
  • Toll Lanes These are individual lanes, which, in contrast to the lanes running next to them, are subject to charges. Therefore, they are less traveled and promise every user a faster get through.
  • a problem for Toll Lanes operators and planners is that the fee must be proportionate to its benefits. The use of the method of the invention solves this problem in a market economy manner.
  • the first variant relates to a basic model that is already used in various countries today: This model provides that the route charges only depend on the type of vehicle and at most on the time of use and are otherwise fixed.
  • the method of the invention can be used for the mere coordination of the vehicles in order to achieve better utilization of the traffic network and to reduce congestion.
  • the vehicles can be prioritized by allocating different budgets. In this variant, however, these budgets are to be understood as purely fictitious and only give the vehicle a certain strength, its Make a reservation request because the actual fee to be paid is already set in this model. The advantage of soft and not absolute prioritization already comes into play in this variant.
  • a fee corridor is defined for each route and every point in time, i.e. a given vehicle must pay an amount between a minimum fee and a maximum fee for the use of the route at any given time.
  • the actual amount payable depends on an auction in which the vehicle participates.
  • the fee within the corridor is based on demand and can still be calculated due to the capping between the minimum fee and the maximum fee.
  • the routes could be awarded without covering the fees. This variant would be purely market-based, i.e. each participant can buy each route with a corresponding amount of money. However, the predictable price for a route is difficult to calculate in this way. Fictitious salary payments at the start of an auction are then no longer sensible.
  • the advantages of the method of the invention correspond to those of the market economy compared to the planned economy in economic scenarios. Particularly noteworthy is the superiority of the market-based approach when spontaneous changes occur in the environment (here, for example: traffic jams, new transport requirements for the user).
  • a market-based approach can also be expected to result in higher customer satisfaction, because the customer remains autonomous in his decisions and can buy a prioritization to a certain extent (depending on the variant being followed) when traffic is concentrated.
  • An acceptance problem may be that the customer is generally unwilling to pay more than the official basic fee. This can be countered by the second variant with the fee corridor: It would be unskillful to sell the fee as a basic fee (starting from the minimum price) with an auction surcharge.
  • a problem can also be solved that is currently placing a heavy burden on the transport companies concerned, namely the incalculable waiting time at border crossings, for example to Tru.
  • the allocation of check-in slots at the border crossings would have to be included in the allocation of the previous motorway routes.
  • the waiting time can be reduced in an official and therefore understandable way through targeted use of financial resources, a situation that can currently only be achieved through ' non-legal means.
  • each regional traffic node is treated by the procedure as a separate traffic network, i.e. he has his own auctioneer, and traffic control coordination only takes place within the same regional transportation hub. If a transport unit wants to travel from one traffic node to the next via a port, it is treated in the next traffic node as a new transport unit, which has the common port with the previous traffic node as the start path element and the arrival time interval previously planned for the previous traffic node as the start time interval Wegbesch. If the planned route usage changes due to a disturbance in the previous network node, the vehicle must register with the new data in the next traffic node.
  • the entire method with all advantageous refinements suggests programming the individual data processing units for the transport units, route elements as well as the auctioneers and regional network nodes as software agents.
  • the data processing units can actually be distributed locally and the communication can be carried out smoothly with the aid of sophisticated agent techniques.

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Abstract

Beim vorliegenden Verfahren zur Steuerung von Transporteinheiten in einem Verkehrsnetz, das miteinander verbundene Wegelemente aufweist, die mit einer für jedes Wegelement vorgegebenen maximalen Anzahl von Transporteinheiten belegt werden, wobei die vorgegebene Anzahl während des Ablaufs des Verfahrens variabel ist, wird die Zeit in diskrete Zeitintervalle unterteilt, wobei jede Transporteinheit zu einem beliebigen Zeitintervall seinen Weg beginnt, jedes Wegelement mit einer Mindestgebühr belegt wird, die von einer Transporteinheit für das Zeitintervall zu entrichten ist, zu dem sie das Wegelement belegt, jeder Transporteinheit ein Budget von Gebühreneinheiten zur Verfügung gestellt wird, und die Transporteinheiten sich eine Wegbenutzung mit Hilfe eines Auktionsmechanismus ersteigern. Durch diese Massnahme wird der betriebliche Ablauf optimiert, wobei sich der Einsatz eines Fahrplans erübrigt. Im Strassenverkehr kann das Verfahren mit verschiedenen Ausgestaltungen zur Staureduzierung sowie zur marktbasierten Erhebung von Strassenbenutzungsgebühren eingesetzt werden.

Description

Verfahren zur Steuerung von Transporteinheiten in einem Verkehrsnetz
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung von Transporteinheiten in einem Verkehrsnetz, das miteinander verbundene Wegelemente aufweist, die mit einer für jedes Wegelement vorgegebenen maximalen Anzahl von Transporteinheiten belegt werden, wobei die vorgegebene Anzahl wahrend des Ablaufs des Ver- fahrens variabel ist.
Der Stand der Technik unterscheidet zwischen fahrplangebundenen und fahrplanfreien Verkehrssystemen.
Ein typisches Beispiel für ein fahrplangebundenes Verkehrssystem ist ein Eisenbahnverkehrsnetz. Gegenwartig wird die Steuerung von Zügen in Gleisnetzen durch zentrale Einheiten (nämlich die Stellwerke) vorgenommen, die sich einen globalen Fahrplan halten, die Einhaltung dieses Fahrplans durch alle Zuge überwachen und bei Abweichungen Korrekturen vornehmen. Diese Korrekturen geschehen n der Praxis noch weitgehend durch menschliche Eingriffe. Es gibt auch schon theoretische Ansätze, die Fahrplane im realen Betrieb bei festgestellten Abweichungen vom Sollverhalten automatisch anzupassen. Beispiele für solche Ansätze werden beschrieben in [H. Dannenberg: Ordered-Search-Al- gorithmen zur rechnergestutzten Disposition von Eisenbahnbetriebsablaufen, Reihe Wissenschaftliche Arbeiten Nr. 23, Institut für Verkehrswesen, Eisenbahnbau und -betrieb der Universität Hannover, 1986] und [DE 197 26 542] . Alle bekannten Ansätze gehen aber weiterhin davon aus, daß die Zuge überhaupt nach Fahr- planen operieren, die zentral verwaltet werden.
Ein typisches Beispiel für ein fahrplanfreies Verkehrssystem ist ein Straßenverkehrsnetz. Die Fahrzeuge werden vollkommen aut nom gesteuert und unterliegen keiner zentralen Kontrolle. Es ist aber von Nutzen, automatisch Routenempfehlungen für die Fahrzeuge abzugeben, die den individuellen Wünschen der Fahrer Rechnung tragen. Erste Versionen von solchen Routenempfehlungseinrichtungen sind bereits in Serienfahrzeugen kommerziell erhält- lieh. Diese gehen aber weder auf individuelle Präferenzen der Fahrer ein noch auf die aktuelle Verkehrslage (z.B. Staus) . Ansätze, die das berücksichtigen, befinden sich noch im Forschungsstadium. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung von Transporteinheiten in einem Verkehrsnetz mit einem optimierten Betriebsablauf anzugeben, welches für Verkehrssysteme den Einsatz eines Fahrplans erübrigt und die aktuelle Verkehrslage berücksichtigt.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Steuerung von Transporteinheiten in einem Verkehrsnetz, das miteinander verbundene Wegelemente aufweist, die mit einer für jedes Wegelement vorgegebenen maximalen Anzahl von Transporteinheiten belegt werden, wobei die vorgegebene Anzahl während des Ablaufs des Ver- fahrens variabel ist, wobei gemäß der Erfindung die Zeit in diskrete Zeitintervalle unterteilt wird und jede Transporteinheit zu einem beliebigen Zeitintervall seinen Weg beginnen kann, jedes Wegelement mit einer Mindestgebühr belegt wird, die von einer Transporteinheit für das Zeitintervall zu entrichten ist, zu dem sie das Wegelement belegt, jeder Transporteinheit ein Budget von Gebühreneinheiten zur Verfügung gestellt wird, und die Transporteinheiten sich eine Wegbenutzung mit Hilfe eines Auktionsmechanismus ersteigern. Die Motivation für die vorliegende Erfindung besteht darin, den Betriebsablauf in Verkehrsnetzen zu verbessern. Die Erfindung ist für Verkehrsnetze wie beispielsweise Bahnverkehr, Luftverkehr, Schiffsverkehr und individueller Straßenverkehr einsetzbar und bietet für diese Verkehrsnetze Vorteile gegenüber dem bishe- rigen Stand der Technik. Die Erfindung ist überall dort einsetzbar, wo „Transporteinheiten" von einem Ort zu einem anderen Ort bewegt werden sollen. Als „Transporteinheiten" sind somit unter anderem Eisenbahnen, Straßenfahrzeuge, Schiffe, Flugzeuge, aber auch Container oder beispielsweise Pakete denkbar. Die weiteren Ausführungsbeispiele sind der Anschaulichkeit wegen in der Regel auf den Schienenverkehr gerichtet, sind aber ebenso auf alle anderen nur denkbaren Ausführungsformen von Transportnetzen anwendbar. Im Gegensatz zum Stand der Technik kommt das Verfahren der vorliegenden Erfindung vollständig ohne Fahrpläne aus. Die Züge beispielsweise befahren individuell ihr Gleisnetz und werden durch ihnen eigene dezentrale Softwareeinheiten gesteuert. Es ist vorteilhaft, aber nicht notwendig, diese dezentralen Softwa- reeinheiten als Softwareagenten zu implementieren. Der dezentrale Ansatz ermöglicht es, flexibler auf unvorhergesehene Störungen zu reagieren, und nur die Neuberechnungen vorzunehmen, die wirklich erforderlich sind, was die Komplexität entscheidend reduziert und damit die Fähigkeit entscheidend erhöht, die Steuerung im laufenden Betrieb einzusetzen. Der betriebliche Ablauf wird dadurch optimiert.
Durch den Verzicht auf zentrale Fahrpläne wird außerdem ein Wettbewerbsnachteil der Bahn gegenüber der Straße ausgeglichen: Die Tatsache, daß sich ein Straßenfahrzeug zu jeder Zeit überallhin auf den Weg machen kann und nicht zentral gesteuert wird und auf diese Weise flexibler auf Störungen reagieren kann, veranlaßt viele Personen, lieber ein Auto als die Bahn zu benutzen, und viele Spediteure, ihre Güter lieber mit einem Lastkraftwagen als mit einem Güterzug transportieren zu lassen. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es den Zügen, sich im Gleisnetz ähnlich frei zu bewegen wie ein Auto im Straßennetz. Die Belegung der verschiedenen Strecken erfolgt über ein Auktionsverfahren, an dem sich die Züge mit einem vorgegebenen Budget beteiligen. Ein Auktionsverfahren hat den Vorteil, daß es den Auktionsteilnehmern (in diesem Fall den Zügen) freie Hand läßt, nach welchen Kriterien sie sich einen günstigen Fahrweg aussuchen, und sorgt dennoch auf „weiche Art" dafür, daß es zu einem gerechten Ausgleich der kollidierenden Interessen kommt, weil das Budget für jeden Teilnehmer begrenzt ist. Durch unterschiedlich große Budgets können bestimmte Auktionsteilnehmer priori- siert werden, ohne daß sie schwächere Bewerber automatisch aus dem Felde schlagen (ein weniger begüterter Auktionsteilnehmer, der nur ein kleines Streckenstück benötigt, für das sich auch andere interessieren, und keine Ersatzmöglichkeiten hat, wird unter Umständen mehr bieten als ein „reicher" Auktionsteilneh- mer, der zu geringen Mehrkosten auch eine andere Strecke befahren kann) . Auf diese Weise wird das Verfahren den Erfordernissen des Schienenverkehrs gerecht, zwischen Zügen verschiedener Kategorien wie ICE, D-Zug und Regionalverkehr zu unterscheiden.
Da das vorliegende Verfahren nicht davon abhängig ist, daß die Fahrzeuge spurgebunden sind, ist es auch im Luftverkehr einsetzbar. Alle eben genannten Vorteile gelten auch für diesen Verkehrsbereich, denn Flugzeuge fliegen auf den Verkehrsflugstraßen nicht frei umher, sondern halten sich an Flugpläne und werden im Augenblick von zentralen Flugleitstellen aus gesteuert. Einen besonderen Vorteil bietet das vorliegende Verfahren im Einzugsgebiet von Flughäfen, in denen der Flugverkehr sehr überlastet ist und häufig zu „Staus" führt, was sich in Warteschleifen für die einzelnen Flugzeuge auswirkt. Das vorliegende Verfahren ist auch im individuellen Straßenverkehr einsetzbar. In diesem Verkehrsnetz können sich bereits nach dem bisherigen Stand der Technik die Fahrzeuge ohne zentrale Steuerung bewegen, so daß das Verfahren der Erfindung keine sub- stantielle Verbesserung in dieser Hinsicht bedeutet (im Gegensatz zu den oben genannten Verkehrsnetzen) . Es gibt aber Eigenschaften des Verfahrens, die nicht nur für spurgebundene Verkehrsmittel und für den Luftverkehr eine Verbesserung zum Stand der Technik bedeuten, sondern auch für den individuellen Straßenverkehr:
Das Verfahren ermöglicht es jedem Fahrzeug, das sich auf einem bereits vorgeplanten Fahrweg befindet, bei einem spontan auftretenden Ereignis (in der Regel eine „Störung") entweder für den Fahrweg oder für das Fahrzeug eine Umplanung des Fahrweges vorzunehmen. Auf diese Weise können z. B. Staus im Straßenverkehr umfahren werden.
Für die bloße Umfahrung eines existierenden Staus bietet das verwendete Verfahren den Vorteil zum Stand der Technik, daß es bei der Empfehlung von Ersatzrouten individuelle Präferenzen und Ziele des Nutzers berücksichtigen kann, es gibt zum Beispiel nicht allen betroffenenen Fahrzeugen die gleiche Empfehlung. Das Auktionsverfahren sorgt zusätzlich für eine gleichmäßige Verteilung der Fahrzeuge auf die Verkehrswege, ohne daß alle Fahrzeuge gleich behandelt werden. Auf diese Weise dient das Verfahren nicht nur der Stauumgehung, sondern auch der Staureduzierung.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben. Die Erfindung ist anhand einer FIG, welche einen Fähren-Warten Suchbaum in schematischer Darstellung aufzeigt, und mehrere Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Das Verfahren der Erfindung benutzt folgendes Modell für das Verkehrsnetz :
Die kleinsten Einheiten des Verkehrsnetzes sind Wegelemeri'ce . Diese sind miteinander verbunden. Die Stellen, wo ein Wegelement mit einem anderen verbunden sein kann, wird üblicherweise Port genannt. Wegelemente sind in der Regel Typklassen zugeordnet. Jede Typklasse hat wohldefinierte Ports und Parameter, die festlegen, wie man von einem Port zu einem anderen gelangen kann. Auf diese Weise kann man Wegelemente vom Typ Weiche, Strek- kenelement, Kreuzung, etc. definieren. Am Beispiel Weiche wird deutlich, daß es nicht immer möglich ist, von jedem Port eines Wegelements zu jedem anderen Port des gleichen Wegelements zu gelangen. Die Parameter eines Wegelements spezifizieren außerdem die Länge, geographische Lage und sonstige physikalische Gegebenheiten, von denen es abhängt, wie schnell eine Transporteinheit von einem Port zum anderen gelangen kann. Bahnhöfe oder sonstige Haltepunkte müssen auch als Wegelement definiert werden. Dieses entspricht der Realität, denn auch Haltepunkte haben in Wahrheit eine räumliche Ausdehnung.
Die eben aufgeführten Begriffe sind größtenteils dem Schienenverkehr entnommen. Insbesondere nicht spurgebundene Verkehrsnetze werden in der Regel anders modelliert: Im allgemeinen Fall besteht ein Verkehrsnetz aus Knoten und Verbindungen zwischen diesen Knoten. Die Steuerungsaufgabe besteht darin, Transporteinheiten von einem Knoten des Verkehrsnetzes zu einem anderen zu geleiten. Der Transfer zum oben beschriebenen Modell ist einfach: Knoten und Verbindungen werden jeweils als Wegelement oder als Abfolge von Wegelementen modelliert. Die Steuerungsaufgabe besteht dann darin, Transporteinheiten von einem Wegelement zu einem anderen zu geleiten.
Mehrere Transporteinheiten dürfen durchaus das gleiche Wegelement benutzen, im Eisenbahnverkehr aber nicht zum gleichen Zeit- punkt. Es ist in dieser Domäne üblich, mit diskreten Zeitintervallen zu arbeiten, zu denen ein Zug ein Wegelement belegen kann. Ein Wegelement darf im gleichen Zeitintervall nur von einer Transporteinheit benutzt werden. Die Belegung eines gesamten Wegs über mehrere Zeitintervalle hinweg wird als Fahrplantrasse bezeichnet.
Auch das vorliegende Verfahren arbeitet mit diskreten Zeitintervallen. Da sich das Verfahren nicht auf den Eisenbahnverkehr be- schränkt und das Vorhandensein eines Fahrplans nicht voraussetzt, ist der Begriff Fahrplantrasse irreführend und wird in dieser Beschreibung durch den Begriff Wegbenutzung ersetzt. Die Steuerungsaufgabe besteht also darin, für jede Transporteinheit eine Wegbenutzung zu finden, d.h. die Bestimmung von hinterein- anderliegenden Zeitintervallen für die Elemente eines Weges, so daß es keine Konflikte gibt. Ein Konflikt tritt auf, wenn mehr Transporteinheiten als zugelassen zugleich ein Wegelement belegen. Wie eben erwähnt, liegt die zulässige maximale Anzahl von Trans- porteinheiten pro Zeitintervall im Eisenbahnverkehr bei 1. Das gleiche ist auch für den Luftverkehr sinnvoll. Wenn man das gleiche Prinzip auch im Straßenverkehr anwendete, müßte man für eine gute Auslastung der physikalisch und sicherheitstechnisch zulässigen Dichte der Fahrzeuge sowohl die Zeitintervalle als auch die Wegelemente infinitesimal klein machen, was zu einem extrem komplexen Modell des Verkehrsnetzes führen würde. Aus diesem Grund läßt das Verfahren zu, daß Wegelemente auch mit mehreren Transporteinheiten im gleichen Zeitintervall belegt werden dürfen, d.h. die vorgegebene maximale Anzahl von Trans- porteinheiten darf größer als 1 sein. Diese maximale Anzahl ist immer ein eindeutig belegter Parameter, der vom Typ des Wegelements abhängen darf sowie eventuell von weiteren Parametern (z.B. der Länge). Zum Beispiel kann man eine dreispurige Autobahnstrecke in Wegelemente der Länge 10 km aufteilen und eine Höchstbelegungszahl von 600 Fahrzeugen pro Minute festlegen, wobei eine durchschnittliche Transporteinheiten das Wegelement für 6 Minuten belegen müßte. Die Höchstbelegungszahl darf im Laufe des Steuerungsverfahrens schwanken: Zum Beispiel würde die Blök- kierung einer Spur die Höchstbelegungszahl des eben beschriebenen Wegelements auf 400 Fahrzeuge senken.
Jedes Wegelement wird mit einer Mindestgebühr belegt, die von einer Transporteinheit pro benutztes Zeitintervall zu entrichten ist. Hierfür ist es unerheblich, ob sich die Transporteinheit auf dem Wegelement bewegt oder ob es dort nur wartet, sofern Stehenbleiben für dieses Wegelement zulässig ist. Jede Transporteinheiten erhält ein Budget von Gebühreneinheiten und ersteigert sich in einer Auktion, die für alle Wegelemente des Netzes abgehalten wird, eine Wegbenutzung, d.h. die Belegung der Elemente eines Wegs zu bestimmten Zeiten.
Jede Transporteinheit kann im Prinzip ein unterschiedliches Budget bekommen sowie eine unterschiedliche Strategie, wie dieses Budget verwendet werden soll. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens teilt die Fahrzeuge in verschiedene Kategorien ein, für die jeweils ein generisches Budget und eine generische Strategie festgelegt wird, die für alle Fahrzeuge der betreffenden Kategorie gelten. Natürlich ist es möglich, daß einzelne Fahrzeuge weiterhin individuelle Budgets oder Strategien erhalten, auch wenn sie einer Kategorie angehören, ganz im Sinne einer objektorientierten Veerbungshierarchie.
Die im folgenden beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen sind prinzipiell für alle Verkehrsnetze anwendbar. Sie eignen sich aber besonders für ihren Einsatz in Verkehrsnetzen, in denen die maximale Belegungszahl für jedes Wegelement pro Zeitscheibe gleich eins sein muß, z.B. im Schienenverkehr. Weiter hinten in der Beschreibung werden dann Ausgestaltungen beschrieben, die sich besonders für ihren Einsatz in Verkehrsnetzen eignen, in denen die maximale Belegungszahl für jedes Wegelement pro Zeitscheibe weit größer ist, z.B. im Straßenverkehr. Folgende Ausgestaltung des Verfahrens ist die Basis für alle weiteren Ausgestaltungen, die auf die besonderen Belange des Schienenverkehrs Rucksicht nehmen: Eine Datenverar- beitungseinheit fungiert als Auktionator. Jede Transporteinheit, die sich eine Wegbenutzung ersteigern will, muß sich beim Auktionator anmelden. Der Auktionator laßt jede interessierte Transporteinheit ein Angebot auf eine Liste der benotigten Wege mit den dazugehörenden Zeitintervallen abgeben. Ein Auktionsme- chanismus legt fest, welches Angebot als das beste eingestuft wird und in welcher Reihenfolge die Transporteinheiten befragt werden. Zum Beispiel kann es Auktionsrunden geben, in denen reihum jede Transporteinheit genau ein Angebot abgeben darf, das für jedes einzelne Wegelement alle bisher vorliegenden Angebote überbietet. Der Mindesteinsatz muß in jedem Fall die im Verfahren festgelegte Mindestgebuhr sein. Jeder Transporteinheit, die den Zuschlag für eine Wegbenutzung erhalten hat, wird die zuletzt dafür gebotene Gebuhr von seinem Budget abgezogen. Für jede Transporteinheit gibt es eine lokale Datenverarbei- tungsemheit, die folgende Aufgaben lost:
1. Fahrwegsuche:
Bestimmung eines neuen Weges w vom Ausgangs-Wegelement zum Ziel-Wegelement
2. Errechnung einer Wegbenutzung zu vorgegebenem Weg w: Bestimmung der benotigten Zeitintervalle für die Wegelemente des Weges w, wobei auch Wartezeiten zulassig sind.
3. Berechnung eines Angebots zur Abgabe an den Auktionator:
Für bereits in Schritt 2 bestimmte Wegbenutzungen wird ein Angebot berechnet, das für jedes betroffene Wegelement die Mindestgebuhr und das bisherige Höchstgebot übertrifft, unter der Maßgabe, daß das für die Transporteinheit festgelegte Budget nicht überschritten wird. Diese Aufgaben können unterschiedlich häufig und in beliebiger Reihenfolge bearbeitet werden und überdies mit den verschiedenen Auktionsrunden verwoben sein. Vorteilhafte Ausgestaltungen, wie dieses genauer ausgeführt werden kann, werden später beschrie- ben.
Gegeben sei ein in Schritt 1 berechneter Fahrweg w. In einer weiteren Ausgestaltung wird nun ein Hilfsgraph konstruiert, um mit Hilfe eines Suchalgorithmus für kürzeste Wege zur kostenop- timalen Lösung zu gelangen.
In der folgenden Beschreibung wird als Suchalgorithmus der Algorithmus von Dijkstra verwendet. Die vorteilhafte Ausgestaltung funktioniert aber auch mit jedem anderen Wegealgorithmus. Für die Berechnung eines eigenen Angebotes sind im folgenden die ak- tuell vorliegenden Höchstgebote für die jeweilige Wegeinheit und das jeweilige Zeitintervall die Grundlage. Die Gebote, ggf. der Mindestpreis eines Zeitintervalls, werden zu den Kosten für die schnellstmögliche Wegbenutzung aufsummiert. Die Entscheidung, die schnellstmögliche Wegbenutzung als näch- stes Angebot auszuwählen, setzt die Bereitschaft der Transporteinheiten voraus, alle bereits existierenden Gebote auf den benötigten Zeitintervallen zu überbieten. Neben dem „Überbieten" existiert die Möglichkeit, auf spätere Zeitintervalle zu warten, die ggf. kostengünstiger sind, wobei das „Warten" durch den Ver- bleib auf dem alten Wegelement ebenfalls Kosten verursacht.
Durch die Möglichkeit, sich bei jedem Zeitintervall jeweils für „Warten" oder „Überbieten" entscheiden zu können, gibt es wie bei vielen Suchproblemen mehrere gültige Lösungen. Es wird für den vorgegebenen Weg w das Angebot gesucht, das minimale Kosten verursacht.
Der zu konstruierende Fahren-Warten-Suchbaum ist in der FIG schematisch dargestellt und hat als Knoten Paare der Form (Wegelement von w, Menge von Zeitintervallen) . Ziel ist es, ausgehend vom Wurzelknoten A = (Anfangs-Wegelement, Anfangs-Zeitintervall) einen Knoten B zu finden, dessen Wegelement gleich dem Ziel-Wegelement ist. Jede Kante des Suchbaumes entspricht einer Entscheidung darüber, ob das existierende Gebot für eine Menge von benötigten Zeitintervallen überboten werden soll oder ob auf ein späteres Zeitintervall gewartet werden soll. Die Wegekosten jeder Kante sind das geringste Gebot, das zum gegenwärtigen Zeitpunkt alle anderen in der Auktion bereits gemachten Angebote für das entspre- chende Wegelement und Zeitintervall übertrifft.
Eine Einschränkung des Lösungsraumes ist durch die Begrenzung der maximalen Wartezeit möglich. Berechnet werden hierzu die Kosten der schnellsten möglichen Wegbenutzung SWB. SWB ist der Pfad P(A,B), der sich ergibt, wenn sich die Transporteinheit in jedem Fall für das Überbieten des bereits existierenden Angebotes entscheidet.
Bei der weiteren Suche sollen nur noch diejenigen Pfade betrachtet werden, deren Kosten kleiner als sind. Im folgenden wird beschrieben, wie der Algorithmus von Dijkstra das Wegeproblem löst:
Der Algorithmus arbeitet mit den Feldern costs [l..n], predeces- sor[l..n], und den Mengen OPEN und CLOSED. Diese Objekte sollen am Ende folgende Daten enthalten:
- costs [i] enthält die Kosten des kostenoptimalen Weges von A nach i.
- predecessor [i] enthält den direkten Vorgänger von i auf dem kostenoptimalen Weg von A nach i.
- OPEN ist leer.
- CLOSED enthält alle Knoten. In der Iteration werden sukzessive Knoten von OPEN nach CLOSED verschoben. Nach jeder Iteration sollen die Objekte folgende Daten enthalten: - costs [i] enthält die Kosten des kostenoptimalen bereits errechneten Weges von A nach i.
- predecessor [i] enthält den direkten Vorgänger von i auf dem kostenoptimalen bereits errechneten Weg von A nach i. - CLOSED enthält alle Knoten, von denen bereits Kinderknoten erzeugt wurden
- OPEN enthält alle noch aktiven Knoten (alle die, von denen noch keine Kinderknoten erzeugt wurden) .
- Ein Iterationsschritt verläuft nun folgendermaßen: - Es wird der Knoten k aus OPEN ausgewählt, für den costs [k] minimal ist.
- Wenn k die Abbruchbedingung eines oben beschriebenen Knoten B erfüllt, dann ist der Algorithmus beendet.
- Wenn k die Abbruchbedingung nicht erfüllt, dann bilde zwei neue Kinderknoten nach der Konstruktionsregel des oben beschriebenen Suchbaums.
- Verschiebe k nach CLOSED
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird der Fall be- rücksichtigt, daß die Transporteinheit bei einer vorgesehenen Belegung eines Wegelements über eine bestimmte Anzahl von Zeitintervallen dieses Wegelement mit einer bestimmten Geschwindigkeit durchqueren muß. Da die Transporteinheit auf diese Weise einen minimalen Bremsweg erhält, ist es möglich, daß es auch bei Einsatz der maximalen Bremskraft nicht mehr auf dem gleichen Wegelement zum Stillstand kommen kann. Damit kann es auf diesem Wegelement nicht mehr beliebig lange warten. Die vorteilhafte Ausgestaltung markiert die Suchbaumknoten mit der maximal mögliche Wartezeit und bildet keine Nachfolgerknoten mehr, die die Belegung des gleichen Wegelements mit einem Zeitintervall nach dieser maximal möglichen Wartezeit erfordern.
Das Verfahren wird grundsätzlich dadurch beendet, daß der Auktionator keine weiteren Versteigerungsrunden mehr zuläßt. Dann kann keine Transporteinheit mehr neue Wegbenutzungen ersteigern und muß sich mit dem bisher ersteigerten zufriedengeben. Verschiedene Ausgestaltungen des Verfahrens können festlegen, wann der Auktionator die Versteigerung abbricht. Ein naheliegen- des Abbruchkriterium ist, daß alle Transporteinheiten sich eine Wegbenutzung ersteigert haben, kein Weg zum gleichen Zeitintervall über seine maximale Anzahl hinaus benutzt wird und jede Transporteinheit mit ihrer Wegbenutzung „zufrieden" ist, d.h. keine Transporteinheit mehr Bedarf für eine andere Wegbenutzung anmeldet.
Einer der wesentlichen Vorteile des Verfahrens der Erfindung besteht darin, daß die Transporteinheiten sehr flexibel auf unvorhergesehene Störungen reagieren können. Eine Ausgestaltung des Verfahrens beschreibt daher, wie erkannt wird, daß eine Transporteinheit eine vorgesehene Wegbenutzung nicht realisieren kann und wie sich eine solche Transporteinheit dann eine neue Wegbenutzung beschaffen kann: Der Grund, weswegen eine Wegbenutzung nicht mehr realisierbar ist, kann zum einen an unvorhergesehenen Änderungen auf dem Weg liegen (wie z.B. Blockade der Strecke, Stau), zum anderen durch die Transporteinheit selbst bedingt sein (wie z.B. verringerte Höchstgeschwindigkeit, Verspätung durch höheres Fahrgastauf ommen) . Daher werden nicht nur den Transporteinheiten, sondern auch den Wegelementen lokale Datenverarbeitungseinheiten zugeordnet, die jegliche Änderungen der Parameter überwachen. Wird eine Störung auf einem Wegelement festgestellt, so werden alle Transporteinheiten informiert, die das Wegelement benutzen wollen und von der Veränderung der Parameter betroffen sein könn- ten. Wenn eine Transporteinheit durch eine solche Meldung oder durch eine von ihm selbst verursachte Störung feststellt, daß es eine Wegbenutzung nicht mehr realisieren kann, versucht es, Gich eine neue Wegbenutzung zu ersteigern. Dafür muß es entweder eine neue Auktion auslösen (wie zu Beginn des Verfahrens, wenn es noch gar keine Zuweisung von Wegbenutzungen gibt) oder sich an einer durch eine andere Transporteinheit ausgelösten Auktion beteiligen. Zu Beginn einer neuen Auktion werden an die Transporteinheiten neue Budgets verteilt. Anderenfalls könnte eine Transporteinheit, die bereits ihr ganzes Budget für die bisher bekannten Bedingungen verbraucht hat, nicht mehr auf unvorhergesehene Änderungen reagieren. Dennoch werden sich nicht alle Transportein- heiten an einer neuen Auktion beteiligen: Transporteinheiten, deren Wegbenutzung von der Umplanung anderer Transporteinheiten nicht betroffen sind, behalten ihre Wegbenutzung und setzen die Fahrt wie geplant fort. Eine Strategie hat die Aufgabe zu entscheiden, wann und unter welcher Bedingung eine der zuvor beschriebenen Aktionen ausgeführt werden soll.
Eine Möglichkeit, eine Strategie festzulegen, besteht darin, zwischen den beiden Aktionen zu entscheiden, ob ein neuer Fahrweg berechnet werden soll oder ob eine neue Wegbenutzung für ei- nen bereits errechneten Weg und ein zugehöriges Angebot errechnet werden soll. Eine andere Möglichkeit besteht darin zu entscheiden, ob eine neue Wegbenutzung berechnet werden soll oder ob zu einer bereits errechneten Wegbenutzung ein neues Angebot errechnet werden soll. In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind vier Zugkategorien, also Kategorien für Transporteinheiten, für den Bahnverkehr festgelegt: ICE, IC, IR, RE und GV.
Bei jeder Ausschreibung wird ein ICE zunächst versuchen, seine ursprünglich geplante Wegbenutzung (wahrscheinlich der schnell- ste Weg zum Ziel) durch konsequentes Überbieten aller Mitbewerber für sich zu belegen. Erst wenn die Kosten für diese Wegbenutzung das 1,5-fache der Kosten einer Benutzung desselben Wegs in einem späteren Zeitintervall überschreitet, weicht der ICE auf das spätere Zeitintervall aus. Überschreiten die Kosten für eine Wegbenutzung in einem späteren Zeitintervall das 2-fache der aktuellen Kosten für einen anderen Weg, weicht der ICE auf eine Benutzung dieses Wegs aus. Bei jeder Ausschreibung wird ein IC zunächst versuchen, seine ursprünglich geplante Wegbenutzung (wahrscheinlich der schnellste Weg zum Ziel) durch konsequentes Überbieten aller Mitbewerber für sich zu belegen. Erst wenn die Kosten für diese Wegbenutzung das 1,3-fache der Kosten einer Benutzung desselben Wegs in einem späteren Zeitintervall überschreitet, weicht der IC auf das spätere Zeitintervall aus. Überschreiten die Kosten für eine Wegbenutzung in einem späteren Zeitintervall das 1,5-fache der aktuellen Kosten für einen anderen Weg, weicht der IC auf eine Benutzung dieses Fahrwegs aus. Ein IR vergleicht die Kosten durch Überbieten für die ursprünglich geplante Wegbenutzung mit den Kosten für die Benutzung desselben Fahrwegs in einem späteren Zeitintervall und belegt die preiswertere Variante mit einem Gebot. Übersteigen die Kosten beider Varianten das 1,3-fache der Kosten für die Benutzung ei- nes anderen Wegs, weicht der IR auf den anderen Weg aus.
Ein RE vergleicht die Kosten durch Überbieten für die ursprünglich geplante Wegbenutzung mit den Kosten für die Benutzung desselben Wegs in einem späteren Zeitintervall und belegt die preiswertere Variante mit einem Gebot. Übersteigen die Kosten beider Varianten das 1,3-fache der Kosten für die Benutzung eines anderen Wegs, weicht der RE auf den anderen Weg aus. Ein GV vergleicht die Kosten durch Überbieten für die ursprünglich geplante Wegbenutzung mit den Kosten für die Benutzung desselben Wegs in einem späteren Zeitintervall und den Kosten für die Benutzung eines anderen Wegs und wählt die preiswerteste Variante .
Unabhängig von ihren Strategien werden die Zugkategorien noch mit unterschiedlichen Budgets ausgestattet: So erhält ein ICE das 10-fache, ein IC das 5-fache, ein IR das 3-fache und ein RE das 1,8-fache des Budgets eines GV.
Eine weitere Variante besteht darin, bei Vorhandensein eines Fahrplans spezielle Verspätungskosten zu definieren und diese bei den eben genannten Kostenvergleichen zu berücksichtigen.
Für jede Kategorie von Transporteinheiten können somit Faktoren n und m (n < m) definiert werden. Die Transporteinheiten versuchen nach Berechnung eines neuen Weges und einer dafür vorgesehenen Wegbenutzung solange ausschließlich diese Wegbenutzung durch Überbieten aller Mitbewerber zu ersteigern, bis die zu entrichtende Gebühr das n-fache der erstmalig errechneten Gebühr beträgt. Erst anschließend wird auf eine andere Wegbenutzung desselben Wegs ausgewichen, die zu einem späteren Zeitintervall beginnt. Die Transporteinheiten ziehen erst dann einen neuen Weg in Betracht, wenn die zu entrichtende Gebühr für die andere Wegbenutzung das m-fache der erstmalig errechneten Gebühr beträgt.
Damit ist die Beschreibung der vorteilhaften Ausgestaltungen des Verfahrens mit besonderer Rücksicht auf den Schienenverkehr abgeschlossen. In den folgenden Ausgestaltungen werden die besonderen Belange des Straßenverkehrs berücksichtigt:
Im Gegensatz zu Schienenfahrzeugen ist es für Straßenfahrzeuge nicht üblich, zur Koordinierung mit anderen Verkehrsteilnehmern stehenzubleiben und auf die Benutzungserlaubnis für die nächste Strecke zu warten. Ein Verfahren, das derartiges verlangt, würde von Straßenverkehrsteilnehmern nicht akzeptiert werden. Daher ist es im Straßenverkehr nicht sinnvoll, die Gebühr für jedes Zeitsegment zu erheben, sondern nur für die Benutzung eines bestimmten Wegelements, unabhängig davon, wie lange sie dauert. Auf diese Weise wird ein Fahrzeug, das sich in einem Stau befindet, nicht noch zusätzlich bestraft. Es ist ferner sinnvoll zu fordern, daß die maximale Belegungszahl für ein Wegelement nicht nur von der aktuellen Verkehrssituation, sondern auch von der geforderten Durchfahrzeit abhängig ist. Diese Eigenschaft ist im Straßenverkehr erfüllt: Wenn ein Straßenstück bei einer bestimmten Anzahl von Fahrzeugen voll ausgelastet ist, d.h. alle Fahrzeuge fahren in Kolonne eine bestimmte Geschwindigkeit, dann würde die Hinzunahme von weiteren Fahrzeugen die mögliche Geschwindigkeit aller Fahrzeuge reduzieren. Wenn man aber eine längere Durchfahrzeit und damit eine niedrigere Geschwindigkeit als die aktuell mögliche a priori in Kauf nimmt, dann kann man mehr Fahrzeuge auf dem Straßenstück zur gleichen Zeit zulassen.
Im Straßenverkehr sollte das Auktionsverfahren etwas anders ablaufen als in den vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen: Wegen der großen Anzahl der Verkehrsteilnehmer ist es nicht praktikabel, wenn jeder einzelne eine Auktion auslösen darf. Diese Aufgabe sollte vielmehr von einem Fahrzeug-Koordinator übernommen werden, der die Auktionswünsche entgegennimmt und nach einer eigenen Heuristik entscheidet, ob eine neue Auktion ausgelöst werden soll. Die Berechnung einer optimalen zeitliche Benutzung muß im Straßenverkehr nicht so sehr im Vordergrund stehen wie im Schienenverkehr, weswegen die Bieter in ihrem Angebot nur gehalten sind, einen von ihnen als besten bewerteten Weg anzugeben und nicht die zeitliche Benutzung desselben genau zu reservieren.
Als sinnvolle Ergänzung zu diesem Verfahren könnten die Fahrzeuge ihre voraussichtliche zeitliche Benutzung der Wegelemente berechnen und im Angebot mit abgeben. Auf diese Weise könnte der Auktionator mehr Fahrzeuge der gleichen Strecke zuweisen als ohne die Kenntnis der Benutzungszeiten. Dieses Verfahren ist auch ohne eine während der Fahrt erfolgende kontinuierliche zeitliche Überwachung und Durchsetzung der Reservierungen im Durchschnitt effektiv. Die Güte hängt im Wesentlichen von der Güte der Prognose ab, wann das Fahrzeug welches Wegelement voraussichtlich benutzen wird.
Im Straßenverkehr ist es nicht realistisch, daß ein Verfahren Einfluß auf alle sich auf der Straße bewegenden Fahrzeuge hat. Daher verfährt eine Ausgestaltung des Verfahrens bei der Zuteilung von Fahrzeugen so, daß es die auf der Strecke befindlichen oder prognostizierten Fahrzeuge, auf die es keinen Zugriff hat, von der maximalen Belegungszahl abzieht und nur die Differenz verteilt.
Weitere Ausgestaltungen legen Details des für den Straßenverkehr ausgestalteten Verfahrens fest. Im folgenden wird ein Ablauf des Verfahrens wiedergegeben, der all diese Details enthält.
Die Auslösung einer Auktion geschieht folgendermaßen:
Die Heuristik des Fahrzeug-Koordinators löst eine Auktion aus, nachdem genügend viele Fahrzeuge einen Auktionswunsch angemeldet haben: Es handelt sich bei diesen entweder um Fahrzeuge, die erstmalig mit einer Route versehen werden sollen, damit sie ihre Fahrt beginnen können, sowie um bereits fahrende Fahrzeuge, deren Route sich signifikant verschlechtert hat. Diese Liste wird nun durch den Fahrzeug-Koordinator um weitere Fahrzeuge ergänzt: Alle Fahrzeug, denen die Route durch die eben genannten Fahrzeuge streitig gemacht werden könnte, müssen sich ebenfalls an der Auktion beteiligen. Zu ermitteln sind damit alle Fahrzeuge, deren Route mindestens ein Streckensegment enthält, auf die ein anderes Fahrzeug ein neues Gebot abgibt und bei dem sich die angeforderten Zeitscheiben des anderen Fahrzeugs mit den ersteigerten Zeitscheiben des ersten Fahrzeugs überlappen. Es sind also zu einem vorgegebenen Streckensegment und einer vorgegebenen Menge von Zeitscheiben all die Fahrzeuge zu bestimmen, die sich die Benutzung des Streckensegments zu einer dieser Zeitscheiben ersteigert haben. Um den Kreis der potentiellen Auktionsteilnehmer kleiner zu halten, sollte man sich bei der Betrachtung der Zeitscheiben auf eine begrenzte Anzahl in die Zukunft beschränken. Konflikte für weit in der Zukunft liegende Zeitscheiben werden erst in späteren Auktionen gelöst. Unter Umständen existieren diese Konflikte dann gar nicht mehr, weil sich neue Veränderungen im Verkehrsnetz ergeben haben.
In jeder neuen Auktion erhält jeder Teilnehmer an dieser Auktion ein neues Budget. Noch nicht verbrauchtes Budget aus vergangenen Auktionen steht jedem Auktionsteilnehmer zusätzlich zur Verfügung. Es bleibt somit der individuellen Bietestrategie überlassen, sich etwas Budget für unerwartete Hindernisse in der Zukunft aufzuheben. Außerdem erhält jeder Auktionsteilnehmer eine Erstattung für bereits ersteigerte und damit „bezahlte" Routenteile, die er dann doch nicht befahren hat. Auf diese Weise haben Fahrzeuge, die in vergangenen Auktionen zu kurz gekommen sind oder deren ersteigerte Route sich im folgenden als nicht befahrbar erwies, in nachfolgenden Auktionen automatisch mehr Chancen, weil ihr Budget durch die Nichtinanspruchnahme von Fahrwegen wächst.
Jede Auktion besteht aus mehreren Auktionsrunden. Zu Beginn einer jeden Auktionsrunde sendet jedes Fahrzeug, das nach den oben beschriebenen Kriterien als Auktionsteilnehmer ermittelt wurde, an den Fahrzeug-Koordinator die Nachricht, ob es an der Durchführung einer neuen Auktionsrunde überhaupt interessiert ist. Eine Heuristik des Fahrzeug-Koordinators entscheidet, ob eine neue Auktionsrunde durchgeführt wird. Diese Heuristik berücksichtigt die Größe des Anteils der auktionswilligen Fahrzeuge an der Gesamtheit aller potentiellen Auktionsteilnehmer .
Falls eine neue Auktionsrunde durchgeführt wird, muß jeder Auktionsteilnehmer (auch die, die ursprünglich gar keine neue Auktionsrunde wollten) Gebote auf alle Segmente einer von ihm ausgewählten Route abgeben. Für jedes Segment wird der gewünschte Benutzungszeitraum angegeben. Dieser Benutzungszeitraum errechnet sich aus den mit jedem Segment mitgelieferten Daten und dem Ausgangszeitpunkt des Fahrzeugs: Daraus wird der Zeitpunkt der voraussichtlichen Einfahrt und Ausfahrt aus dem Segment berechnet. Der angeforderte Benutzungszeitraum sollte diese Zeitpunkte großzügig umfassen, da es sich nur um eine Prognose handelt, die sich unter gegebenen Umständen noch ändern kann. Das gilt insbesondere für Segmente, die noch weit vom gegenwärtigen Aufenthaltsort des Fahrzeugs entfernt sind. Jedes Gebot muß mindestens so hoch sein wie die vom Segment geforderte Mindestgebühr. Diese Gebühr bezieht sich auf die Benutzung des Segments vom Anfang bis zum Ende und hängt nicht von der Länge des angeforderten Benutzungszeitraums ab.
Jeder Auktionsteilnehmer gibt ein Gebot auf genau eine Routen ab. Es ist der Bietestrategie des Fahrzeugs überlassen, welche Route es unter den zuvor berechneten auswählt und welchen Anteil seines Budgets es auf die von ihm ausgewählte Route verwendet, ferner, wie es das Gesamtbudget für die Route auf die einzelnen Segmente verteilt. Es unterliegt weiterhin der Bietestrategie des Fahrzeugs, wie großzügig der angeforderte Benutzungszeitraum für ein Segment ist.
Der Fahrzeug-Koordinator sammelt die Gebote und leitet sie geschlossen an den Auktionator weiter, d.h. die Abgabe der Angebote in einer Auktionsrunde verläuft parallel. Daher haben die Fahrzeuge auch nicht die Möglichkeit, in ihrem Bieteverhalten die Gebote der Konkurrenten in der gleichen Auktionsrunde zu berücksichtigen. Die Fahrzeuge haben aber die Möglichkeit, die Gebote der vergangenen Auktionsrunde anonymisiert einzusehen, d.h. sie erfahren, wie viele Bieter welche Gebote auf die einzelnen Segmente abgegeben haben. Sie erfahren aber nicht die Identität der Bieter und können daher nicht das Bieteverhalten der Mitbewerber lernen. Der Auktionator verteilt nun die Segmente, auf die geboten wurde, nach einem festgelegten Auktionsmechanismus an die Bieter. Folgender Auktionsmechanismus ist für das Verfahren besonders vorteilhaft: Alle Auktionsteilnehmer bieten parallel. Der Zuschlag wird an die jeweils höchstbietenden Teilnehmer erteilt, aber zum Preis der Nächstbietenden. Dieser Auktionsmechanismus ist in der Literatur als first-bid-second- price bekannt. Er ist nicht sehr zeitaufwendig und besonders vorteilhaft für ehrliche Bieter, d.h. es lohnt sich nicht, weniger zu bieten, als einem das Gebot in Wahrheit wert ist. Für das Verfahren der Erfindung muß der Auktionsmechanismus etwas abgewandelt werden, weil im betrachteten Szenario mehreren Bietern die gleich Ressource zugeteilt werden kann (da die maximale Belegungszahl eines Segments wesentlich größer als 1 ist) : Der Preis des höchsten Gebots eines Fahrzeugs, das die Strecke nicht mehr bekommen hat, gilt für alle, die die Strecke bekommen haben. Falls alle Bieter die Strecke bekommen haben, gilt als Preis die Mindestgebühr.
Der Auktionator nimmt die Wünsche der Fahrzeuge entgegen und überprüft für jedes Segment, wie viele Fahrzeuge er in Abhängigkeit von gegenwärtiger Belegungszahl und maximaler Belegungszahl noch auf die Strecke schicken darf. Fahrzeuge, deren angeforderten Benutzungszeiträume sich im gleichen Segment nicht überlappen, behindern sich nicht. Daher muß bei der Zuteilung der Segmente nur beachtet werden, daß die maximale Belegungszahl für keinen Zeitpunkt überschritten wird. Um diese Bedingung effizient einhalten zu können, arbeitet das Verfahren mit festen Zeitscheiben, die die Zeit in gleichmäßige Intervalle unterteilen. Jedes Fahrzeug muß für jedes angeforderte Segment Zeitscheiben angeben, die den Benutzungszeitraum umfassen. Der Auktionator verteilt die Streckensegmente für jede angeforderte Zeitscheibe an die bietenden Fahrzeuge in der Reihenfolge ihrer Gebote (vom höchsten angefangen) . Wenn die maximale Belegungszahl für ein Streckensegment erreicht ist, können keine weiteren Fahrzeuge mehr auf diesem Segment zugelassen werden, auch wenn sie dieses angefordert haben.
Das Ergebnis einer Auktionsrunde besteht also darin, daß jedes Fahrzeug einen Teil der angeforderten Route erhält. Im günstigsten Fall erhält es die gesamte Route, im ungünstigsten überhaupt kein Segment davon. Im mittleren Fall erhält das Fahrzeug eine Route mit „Löchern" von Segmenten, bei denen es nicht den Zuschlag erhalten hat. Die folgenden Auktionsrunden müssen jedem Fahrzeug dazu dienen, diese „Löcher" zu schließen. Ein Fahrzeug kann eine Route nur vom Ausgangspunkt bis zum ersten Punkt eines Segments benutzen, das es nicht bekommen hat. Hinter „Löchern" liegende Segmente sind wertlos. Daher muß jedes Fahrzeug versuchen, sich ein möglichst langes zusammenhängendes Stück hinter dem Ausgangspunkt zu sichern. Dieses ist im einzelnen Bieteverhalten zu berücksichtigen.
Nachdem der Fahrzeug-Koordinator das Ende der Auktion festgestellt hat, d.h. keine neue Auktionsrunde mehr einleitet, erhalten alle Fahrzeuge den Zuschlag für die Benutzung des ersten Teils der Route, der bis zum letzten Segment, bis zu dem sich das Fahrzeug die Route durchgängig ersteigert hat, verläuft. Hinter der ersten Lücke liegende ersteigerte Segmente werden also nicht mehr berücksichtigt, da sie für das Fahrzeug wertlos sind. Das Fahrzeug behält das für diese Segmente vorgesehene Budget für zukünftige Auktionen. Im Idealfall bekommt ein Fahrzeug also die gesamte Route, im schlechtesten Fall eine leere Route.
Nach der Ersteigerung einer Route bzw. eines Routenteils gibt jedes Fahrzeug ein Toleranzmaß in Prozent an, um den sich die Qualität der befahrenen Route verschlechtern darf, ohne daß das Fahrzeug an einer erneuten Auktion zur Ersteigerung einer besseren Route teilnehmen möchte. Wenn sich die aktuelle Verkehrslage und damit die Bewertung dieser Route um mehr als das Toleranzmaß verschlechtert (aufgrund einer Störung wie Stau oder Totalsperrung) , dann meldet das Fahrzeug seinen Bedarf beim Fahrzeug-Koordinator an.
Das Verfahren der Erfindung erhält einen bedeutenden Mehrwert durch die Implementierung individueller Auktionsstrategien für die Fahrzeuge. Diese Auktionsstrategien tragen der Autonomie der einzelnen Fahrzeuge Rechnung. Prinzipiell sind beliebige Auktionsstrategien in den AVIR-Prototypen integrierbar.
Folgendes ist von jedem Bieter zu beachten:
Um ein Angebot für einen Fahrweg zu machen, müssen Angebote für alle Streckenabschnitte des betroffenen Fahrwegs abgegeben werden. Hierfür ist es erforderlich, daß sich der Bieter ausrechnet, in welchem Zeitintervall er den jeweiligen Streckenabschnitt benötigt. Diese Rechnung muß berücksichtigen, wann der Streckenabschnitt frühestmöglich befahren wird und wann er spätestmöglich verlassen wird. Um das System für eventuelle Verschiebungen in späteren Zeitpunkten weniger anfällig zu machen, sollte von vornherein mit Toleranzen gerechnet werden, d.h. das benötigte Zeitintervall nicht zu scharf kalkuliert werden.
Die Bietertypen können nach folgenden Kriterien unterschieden werden:
Das erste Kriterium ist die individuelle Bewertung der Routenqualität: Es gibt drei Grundtypen nach diesem Kriterium: Der eine Typ bevorzugt die geographisch kürzeste Route, der zweite die zeitlich schnellste Route und der dritte die Route mit den geringsten Mindestgeboten. Das zweite Kriterium ist die Strategie, wie die Gebote innerhalb der favorisierten Route verteil t werden : Hier gibt es den Typen, der das Budget, das er insgesamt für die Route aufzuwenden bereit ist, auf die einzelnen Segmente proportional zu den Mindestgeboten verteilt. Ein anderer Typ teilt die Route in zwei verschieden große Teile auf und legt ein größeres Gewicht auf den ersten Teil. Die Größe der beiden Teile und der Anteil des größeren Gewichts werden durch individuelle Parameter festgelegt.
Ein weiteres Kriterium ist die Reaktion auf den Ausgang der vorherigen Auktionsrunde : Während der eine Typ im Mißerfolgsfall gleich versucht, auf die nächstbeste Route auszuweichen, verteilt der zweite Typ das Budget um, indem er mehr auf die
Segmente bietet, die er beim letzten Mal nicht bekommen hat.
Hierfür bietet sich eine Kombination mit dem Typen aus dem zweiten Kriterium an, der ein größeres Gewicht auf einen Teil der Route legt: Es wird das Gewicht des Teils erhöht, in dem mehr nicht erhaltene Segmente liegen. Ein dritter Typ gibt am
Anfang nur die Mindestgebote ab und erhöht gezielt die Angebote für die Segmente, die er nicht bekommen hat. Hierfür können zusätzlich in Kürze zu erreichende Segmente gegenüber weiter hinten liegenden Segmenten priorisiert werden. Ein vierter Typ bietet zunächst nur mit einem Teil des Budgets auf die beste Route und erhöht das Gebot bei Bedarf. Hierbei wägt er ab zwischen den Alternativen, das Gebot für die beste Route zu erhöhen oder ein gleich großes Angebot für die nächstbeste Route zu machen.
Ein weiteres Kriterium ist das Toleranzmaß für die Verschlechterung der gegenwärtig befahrenen Route : Dieses Toleranzmaß wird von jedem Fahrzeug individuell nach Erhalt einer Route festgelegt. Jedesmal, wenn die Toleranzschwelle überschritten ist, meldet das Fahrzeug beim Fahrzeug-Koordinator den Bedarf einer neuen Auktion an. Hier ist zu unterscheiden zwischen Typen, die immer das gleiche Toleranzmaß wählen und Typen, die das Toleranzmaß von der Qualität der ersteigerten Route abhängig machen: Wenn die ersteigerte Route nicht die ursprünglich favorisierte ist, dann ist die maximal tolerierte Verschlechterung dieser Route deutlich geringer als bei der favorisierten Route.
Schließlich gibt es noch das Kriterium, in welchem Maße Vorsorge für zukünftige Störungen betrieben wird: Der eine Typ verbraucht das gesamte zur Verfügung stehende Budget in jeder Auktion, während der zweite Typ am Anfang nur einen Teil seines Budgets einsetzt und erst mit zunehmender Nähe zum gewünschten Zielort einen immer größeren Anteil seines Budgets verwendet.
Im Prinzip kann jedem Fahrzeug genau ein Typ nach jedem dieser Kriterien zugeordnet werden.
Das Verfahren der Erfindung kann auch für die Erhebung von Straßenbenutzungsgebühren eingesetzt werden. Hierfür ist es sinnvoll, daß sich die Fahrzeuge weiterhin frei im Straßenverkehr bewegen dürfen. Allerdings sollte dann die Benutzung einer Route, die nicht im Auktionsverfahren ersteigert worden ist, mehr kosten, als wenn sie im Auktionsverfahren ersteigert worden wäre. Anderenfalls gäbe es keine Veranlassung für die Fahrzeuge, sich am Auktionsverfahren zu beteiligen.
Eine bereits in den USA praktizierte Einsatzmöglichkeit des Verfahrens besteht bei den Toll Lanes : Diese sind einzelne Fahrspuren, die im Gegensatz zu den neben ihnen verlaufenden Fahrspuren gebührenpflichtig sind. Daher sind sie auch weniger befahren und versprechen jedem Benutzer ein schnelleres Durchkommen. Ein Problem der Betreiber und Planer von Toll Lanes besteht darin, daß die Gebühr im angemessenen Verhältnis zu ihrem Nutzen stehen muß. Die Verwendung des Verfahrens der Erfindung löst dieses Problem auf marktwirtschaftliche Weise.
Bei der Ergebung von Straßenbenutzungsgebühren ist das jeweilige Gebührenmodell zu berücksichtigen, das der Gesetzgeber vorgesehen bzw. genehmigt hat. Das Verfahren der Erfindung ist in verschiedenen Varianten von Gebührenmodellen einsetzbar:
Die erste Variante bezieht sich auf ein Basismodell, das bereits heute in verschiedenen Ländern eingesetzt wird: Dieses Modell sieht vor, daß die Streckengebühren nur vom Typ des Fahrzeugs und höchstens noch vom Zeitpunkt der Benutzung abhängen und ansonsten fix sind. Das Verfahren der Erfindung kann in diesem Fall zur bloßen Koordinierung der Fahrzeuge herangezogen werden, um eine bessere Auslastung des Verkehrsnetzes zu erreichen und Staus zu reduzieren. Eine Priorisierung der Fahrzeuge kann über die Zuteilung unterschiedlicher Budgets erfolgen. Diese Budgets sind aber in dieser Variante rein fiktiv zu verstehen und geben dem Fahrzeug nur eine bestimmte Stärke, seinen Reservierungswunsch durchzusetzen, da die tatsächlich zu entrichtende Gebühr in diesem Modell bereits festgelegt ist. Der Vorteil der weichen und nicht absoluten Priorisierung kommt in dieser Variante bereits zum Tragen.
In einer zweiten Variante kann das Basismodell erweitert werden: Es wird für jede Strecke und jeden Zeitpunkt ein Gebührenkorridor festgelegt, d.h. ein vorgegebenes Fahrzeug muß für die Benutzung der Strecke zu einem bestimmten Zeitpunkt einen Betrag zwischen einer Mindestgebühr und einer Höchstgebühr zahlen. Der tatsächlich zu entrichtende Betrag hängt von einer Auktion ab, an der sich das Fahrzeug beteiligt. Auf diese Weise richtet sich die Gebühr innerhalb des Korridors nach der Nachfrage und ist wegen der Deckelung zwischen Mindestgebühr und Höchstgebühr dennoch kalkulierbar. In einer dritten Variante könnten die Strecken ohne Deckelung der Gebühren vergeben werden. Diese Variante wäre rein marktbasiert, d.h. jeder Teilnehmer kann sich mit entsprechend viel Geld jede Strecke erkaufen. Der vorhersehbare Preis für eine Route wird aber auf diese Weise schwer kalkulierbar. Fiktive Gehaltszahlungen am Beginn einer Auktion sind dann nicht mehr sinnvoll.
Die Vorteile des Verfahrens der Erfindung entsprechen denen der Marktwirtschaft gegenüber der Planwirtschaft in volkswirtschaftlichen Szenarien. Besonders hervorzuheben ist die Überlegenheit des marktwirtschaftlichen Ansatzes, wenn spontane Veränderungen in der Umgebung auftreten (hier z.B.: Staus, neue Transportanforderung beim Nutzer) . Ein marktbasierter Ansatz läßt außerdem eine höhere Kundenzufriedenheit erwarten, denn der Kunde bleibt autonom in seinen Entscheidungen und kann sich bei verdichtetem Verkehr eine Priorisierung in gewissem Maße (je nach verfolgter Variante) erkaufen. Ein Akzeptanzproblem besteht unter Umständen darin, daß der Kunde generell nicht gewillt ist, mehr zu bezahlen als die offizielle Basisgebühr. Diesem kann durch die zweite Variante mit dem Gebührenkorridor begegnet werden: Es wäre ungeschickt, die Gebühr als Basisgebühr (ausgehend vom Mindestpreis) mit einem Ersteigerungsaufschlag zu verkaufen. Psychologisch besser ist es, die Gebühr als Basisgebühr (ausgehend vom Höchstpreis) mit Ersteigerungsraia tt zu verkaufen. In dieser Lesart erhält ein Teilnehmer an einer Auktion einen Rabatt, der sich danach richtet, wie begehrt die Strecke zum Benutzungszeitpunkt ist: Wenn die Strecke wenig gefragt ist, ist der Rabatt maximal. Wenn die Strecke stark gefragt ist, gibt es unter Umständen gar keinen Rabatt. Auf diese Weise wird die Kooperationsbereitschaft an einer Verkehrskoordination mit einem finanziellen Anreiz versehen.
Mit Hilfe des Verfahrens der Erfindung kann beispielsweise auch ein Problem gelöst werden, das davon betroffene Transportunternehmen im Augenblick stark belastet, nämlich die unkalkulierbare Wartezeit an Grenzübergängen, z.B. nach Polen. Hierfür müßte man die Zuteilung von Abfertigungsslots an den Grenzübergängen in die Zuteilung der vorausgegangenen Autobahnstrecken mit einschließen. Mit Hilfe eines auktionsbasierten Verfahrens kann auf offiziellem und damit für alle nachvollziehbarem Weg durch gezielten Einsatz von Finanzmitteln die Wartezeit reduziert werden, ein Zustand, der im Augenblick allenfalls durch ' nicht legale Mittel erreicht werden kann.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind eine Erweiterung aller zuvor beschriebenen Ausgestaltungen: In der Realität sind die Verkehrsnetze recht groß. Insbesondere bei einer feinen Granularität von Wegelementen entstehen sehr komplexe Modelle von Verkehrsnetzen. Um diese Komplexität besser beherrschen zu können, wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens das gesamte Verkehrsnetz in eine Menge sogenannter regionaler Netzknoten unterteilt, die über Ports miteinander verbunden sind.
Die Einteilung der Zeit in diskrete Zeitintervalle ist weiterhin global im ganzen Verkehrsnetz gültig. Ansonsten wird jeder re- gionale Verkehrsknoten vom Verfahren wie ein eigenes Verkehrsnetz behandelt, d.h. er hat seinen eigenen Auktionator, und die Koordination der Verkehrssteuerung findet nur innerhalb desselben regionalen Verkehrsknotens statt. Wenn eine Transporteinheit über einen Port von einem Verkehrsknoten zum nächsten fahren will wird es im nächsten Verkehrsknoten wie ein neue Transporteinheit behandelt, die als Anfangs-Wegelement den gemeinsamen Port mit dem vorherigen Verkehrsknoten hat und als Anfangszeitintervall das bisher geplante Ankunftszeitintervall der für den vorherigen Verkehrsknoten geplanten Wegbenutzung. Wenn sich die geplante Wegbenutzung aufgrund einer Störung im vorherigen Netzknoten ändert, so muß sich das Fahrzeug im nächsten Verkehrsknoten mit den neuen Daten anmelden.
Das gesamte Verfahren mit allen vorteilhaften Ausgestaltungen legt es nahe, die einzelnen Datenverarbeitungseinheiten für die Transporteinheiten, Wegelemente sowie die Auktionatoren und regionalen Netzknoten als Softwareagenten zu programmieren. Auf diese Weise können die Datenverarbeitungseinheiten tatsächlich örtlich verteilt werden und die Kommunikation mit Hilfe ausge- feilter Agententechniken reibungslos durchgeführt werden.
Es sei aber darauf hingewiesen, daß eine örtliche Verteilung der Datenverarbeitungseinheiten nicht notwendig für das Funktionie- ren des Verfahrens ist. Es ist auch eine virtuelle Verteilung dieser Einheiten auf einem einzelnen Rechner möglich.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Steuerung von Transporteinheiten in einem Verkehrsnetz, das miteinander verbundene Wegelemente aufweist, die mit einer für jedes Wegelement vorgegebenen maximalen Anzahl von Transporteinheiten belegt werden, wobei die vorgegebene Anzahl während des Ablaufs des Verfahrens variabel ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß - die Zeit in diskrete Zeitintervalle unterteilt wird und jede Transporteinheit zu einem beliebigen Zeitintervall seinen Weg beginnt,
- jedes Wegelement mit einer Mindestgebühr belegt wird, die von einer Transporteinheit für das Zeitintervall zu entrich- ten ist, zu dem sie das Wegelement belegt,
- jeder Transporteinheit ein Budget von Gebühreneinheiten zur Verfügung gestellt wird, und
- die Transporteinheiten sich eine Wegbenutzung mit Hilfe eines Auktionsmechanismus ersteigern.
2. Verfahren nach Anspruch 1 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Transporteinheiten in Kategorien eingeteilt werden, für die verschiedene Budgets und verschiedene Strategien für den Einsatz der Budgets definiert werden, und für alle Transporteinheiten, für die nicht explizit ein eigenes Budget oder eine eigene Strategie definiert worden ist, das Budget und die Strategie der zugehörigen Kategorie verwendet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß
- eine Datenverarbeitungseinheit als Auktionator fungiert, der nach einem festgelegten Auktionsmechanismus die Benutzung der Wegelemente für verschiedene Zeitintervalle an verschiedene Transporteinheiten unter der Maßgabe vergibt, daß kein Wegelement unter einer dafür festgelegten Mindestgebühr vergeben wird und jedes Wegelement in einem Zeitintervall nur mit der maximalen Anzahl von Transporteinheiten belegt wird,
- der Auktionsmechanismus mehrere Auktionsrunden umfaßt, wobei in jeder Auktionsrunde jede an der Auktion teilnehmend Transporteinheit ein öffentliches Angebot abgibt, in dem es eine von ihm benötigte Menge von Wegelementen zu bestimmten Zeitintervallen anfordert und dafür Gebühren anbietet,
- jede Transporteinheit, die den Zuschlag für die Benutzung der Wegelemente erhalten hat, die dafür zuletzt gebotene Gebühr von seinem Budget abgezogen wird, und
- jeder Transporteinheit eine lokale Datenverarbeitungseinheit zugeordnet ist, die iterativ Berechnungen folgender Art vornimmt :
1. Bestimmung eines neuen Weges w vom Ausgangs-Wegelement zum Ziel-Wegelement,
2. Bestimmung der benötigten Zeitintervalle für die Wegele- mente eines vorgegebenen Weges w, wobei auch Wartezeiten zulässig sind.
3. Berechnung eines Angebots für alle Wegelemente eines Weges w unter Maßgabe der in Schritt 2 benötigten Zeitintervalle, wobei das Angebot für jedes Wegelement die Mindest- gebühr und das bisherige Höchstgebot übertreffen muß, unter der Maßgabe, daß das für die Transporteinheit festgelegte Budget nicht überschritten wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß in Zusammenfassung der Schritte 2) und 3) eine Wegbenutzung errechnet wird, die zu dem in Schritt 1 berechneten Weg w ge- hört, indem ein binarer Suchbaum generiert wird, dessen Knoten Paare der Form (Wegelement von w, Menge von Zeitintervallen) sind, dessen Wurzelknoten das Paar (Ausgangs-Wegelement, Anfangszeitintervall) ist, bei dem zum Knoten (f,T) zwei Nachfolgerknoten (fΛ,TΛ) und (f, ,,TΛ>) generiert werden, wobei fλ das sich an f anschließende Wegelement auf w ist und TΛ die Menge von Zeitintervallen ist, die benotigt wird, wenn nach dem letzten Zeitintervall aus T sofort das Wegelement f ' befahren wird und f,Λ gleich f ist und T aus dem Zeitintervall besteht, das dem letzten Zeitintervall von T folgt, und bei dem die Kante, die einen Knoten mit einem Nachfolgerknoten (fλ,TΛ) bzw. (fΛ,,T,Λ) verbindet, mit den Kosten markiert wird, die durch die Ersteigerung von fΛ bzw. f,λ für die Zeitintervalle aus Tλ bzw. T,λ entstehen, wenn die Mindestgebuhr und das bisherige Höchstgebot für fλ bzw. f,λ zu den be- treffenden Zeitintervallen ubertroffen werden, und nach einem Suchalgorithmus für kürzeste Wege der kostengünstigste Weg von der Wurzel zu einem Knoten (f,T) gefunden wird, bei dem f das Ziel-Wegelement ist, und die Knoten des auf diese Weise errechneten Weges die in Schritt 2) zu errechnenden benotigten Zeitintervalle für die jeweiligen Wegelemente bezeichnen und die Kanten die in Schritt 3 zu errechnenden Angebote.
5. Verfahren nach Anspruch 4 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß bereits wahrend der Berechnung des Suchbaumes physikalisch unmögliche Losungen ausgeschlossen werden, indem das spatestmog- liche Zeitintervall, zu dem die Transporteinheit ein Segment verlassen muß, als zusätzliche Markierung im Suchbaumknoten abgelegt wird und Nachfolgerknoten, die einer Warteaktion entsprechen, nur dann gebildet werden, wenn ihr Zeitintervall nicht nach dem Zeitintervall der zusätzlichen Markierung des Vorgängerknotens liegt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Auktion beendet wird, wenn alle Transporteinheiten sich eine Wegbenutzung ersteigert haben, kein Wegelement zugleich von mehr Transporteinheiten belegt wird, als es die vorgegebene maximale Anzahl vorgibt, und keine Transporteinheit mehr Angebote für eine andere Weg- benutzung abgibt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß jedem Wegelement eine lokale Datenverarbeitungseinheit zuge- ordnet ist, die überwacht, daß sich die vorgegebene maximale Anzahl von Transporteinheiten oder andere Parameter nicht verändern und im Falle einer Änderung alle Fahrzeuge benachrichtigt, die dieses Wegelement benutzen wollen und von der Veränderung des Parameters betroffen sein könnten, eine Meldung macht, und jeder Transporteinheit eine lokale Datenverarbeitungseinheit zugeordnet ist, die überwacht, ob die vorgesehene Wegbenutzung realisiert werden kann, und für den Fall, daß sie nicht realisiert werden kann, den Beginn einer neuen Auktion auslöst, oder sich in einer bereits stattfindenden Auktion eine neue Wegbenutzung ersteigert, wobei zu Beginn einer neuen Auktion neue Budgets an die zu Beginn der Auktion im Netz befindlichen Fahrzeuge verteilt wer- den.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Strategie festlegt, wann ein neuer Fahrweg berechnet werden soll und wann eine neue Wegbenutzung für einen bereits errechneten Weg und ein zugehöriges Angebot errechnet werden soll.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Strategie festlegt, wann eine neue Wegbenutzung berechnet werden soll und wann zu einer bereits errechneten Wegbenutzung ein neues Angebot errechnet werden soll.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß für jede Kategorie von Transporteinheiten Faktoren n und m
(n < ) definiert werden und eine Transporteinheit nach Berechnung eines neuen Weges und einer dafür vorgesehenen Wegbenutzung solange ausschließlich versucht diese Wegbenutzung durch Überbieten aller Mitbewerber zu ersteigern, bis die zu entrichtende Gebühr das n- fache der erstmalig errechneten Gebühr beträgt, und dann auf eine andere Wegbenutzung desselben Wegs ausweicht, die zu einem späteren Zeitintervall beginnt, und eine Transporteinheit erst dann einen neuen Weg in Betracht zieht, wenn die zu entrichtende Gebühr für die andere Wegbenutzung das m-fache der erstmalig errechneten Gebühr be- trägt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Gebühr für die Benutzung des Wegelements nicht für jedes Zeitelement getrennt erhoben wird, sondern pauschal für alle Zeitelemente der Benutzung erhoben wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die maximale Belegungszahl eines Wegelements mit Transporteinheiten von der Zeit abhängig ist, die eine Transporteinheit mindestens braucht, um das Wegelement zu durchqueren, und daß eine Funktion verwendet wird, in der für jedes Wegelement dieser Zusammenhang explizit abgebildet ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß eine Datenverarbeitungseinheit R benutzt wird, die in der Lage ist, Wege von einem vorgegebenen Start zu einem vorgegebenen Ziel zu berechnen, jedem Wegelement eine lokale Datenverarbeitungseinheit Q zugeordnet ist, die die aktuelle Streckenqualität des Wegelements in Abhängigkeit von der gegenwärtig vorliegenden Auslastung mit Transporteinheiten bewertet, und - im Falle des Verfahrens von Anspruch 12 - den funktionalen Zusammenhang zwischen maximaler Belegungszahl und minimaler Durchquerungszeit zur Verfügung zu stellt. jeder Transporteinheit eine lokale Datenverarbeitungseinheit T zugeordnet ist, die das Budget für die Transporteinheit und eine spezifische Auktionsstrategie verwaltet, eine Datenverarbeitungseinheit K benutzt wird, die die verschiedenen im Verkehrsnetz befindlichen Transporteinheiten koordiniert, eine Datenverarbeitungseinheit A als Auktionator fungiert, der nach Auslösung einer Auktion gemäß einem festgelegten Auktionsmechanismus die Benutzung der Wegelemente an verschiedene Transporteinheiten unter der Maßgabe vergibt, daß kein Wegelement unter der dafür festgelegten Mindestgebühr vergeben wird und jedes Wegelement nur mit der maximalen Anzahl von Transporteinheiten belegt wird, wobei jede Einheit T in Abhängigkeit von seiner Auktionsstrategie und in Abhängigkeit von der aktuellen Streckenqualität der Wegelemente eines Weges, den die Transporteinheit gerade benutzt oder den es in Erwägung zieht zu benutzen, bei K den Bedarf einer neuen Auktion anmeldet und Angebote auf einzelne Wegelemente abgibt, die mindestens so hoch sind wie die jeweilige Mindestgebühr, und K bei A eine Auktion nach einer K vorgegebenen Heuristik auslöst, die davon abhängen darf, wieviele Einheiten T den Bedarf an einer Auktion angemeldet haben, und den Transporteinheiten die Angebotspreise, mit denen sich diese einen Weg nach Ablauf der Auktion ersteigert haben, vom gesamten zur Verfügung stehenden Budget abgezogen werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Transporteinheiten sich aufgrund der aktuellen Verkehrslage und - optional - mit Hilfe von Prognosewerkzeugen den voraussichtlichen Benutzungszeitraum für jedes vor ihnen liegende Wegelement berechnen, dieser, um einen Sicherheitszeitraum erweitern, der von jeder Transporteinheit individuell bestimmt werden darf, und den so errechneten Gesamtzeitraum im Angebot mit abgeben, wobei der Auktionator A die Wegelemente unter der Maßgabe vergibt, daß zu keinem Zeitpunkt ein Wegelement mit mehr Transportelementen belegt wird als in der maximalen Anzahl angegeben.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß das Verkehrsnetz auch von Transporteinheiten belegt werden darf, auf die das Verfahren keinen Einfluß hat, und auf jedes Wegelement nur so viele Transporteinheiten durch das Verfahren verteilt werden, daß die Summe der durch das Verfahren verteilten Transporteinheiten und der aktuellen Anzahl der nicht beeinflußbaren Transporteinheiten oder - optional - der prognostizierten Anzahl der nicht beeinflußbaren Transporteinheiten die maximale Belegungszahl in keinem Fall überschreitet.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Datenverarbeitungseinheit K nach der Abgabe von Angeboten durch auktionswillige Transporteinheiten und vor dem Auslösen der Auktion noch weitere Auktionsteilnehmer bestimmt, die nicht von sich aus den Bedarf einer neuen Auktion angemeldet haben, die sich aber auf einem Weg befinden, für den ein Angebot abgegeben worden ist, wobei sich - im Falle des Verfahrens nach Anspruch 14 - der angeforderte Benutzungszeitraum mit dem prognostizierten
Benutzungszeitraum der auf dem Weg befindlichen Transporteinheit überschneiden muß.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß eine Auktion in einer oder mehreren Auktionsrunden abläuft und jeder Auktionsteilnehmer vor Abgabe eines Angebots sich für einen durch die Datenverarbeitungseinheit R ausgerechneten Weg entscheidet und dann für alle Elemente dieses Weges ein Angebot abgibt und in jeder Auktionsrunde die Angebote aller Auktionsteilnehmer parallel abgegeben werden und die Datenverarbeitungseinheit K nach jeder Auktionsrunde ermittelt, welche Teilnehmer eine erneute Auktionsrunde wünschen und den Fortgang oder Abbruch der Auktion nach einer Heuristik entscheidet, die davon abhängen darf, wieviele Auktionsteilnehmer den Bedarf an einer neuen Auktionsrunde angemeldet haben.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß der Auktionator in jeder Auktion bzw. Auktionsrunde die Wegelemente an die Auktionsteilnehmer verteilt, indem für jedes Wegelement die Transporteinheiten, die ein Angebot auf dieses Wegelement abgegeben haben, in der Reihenfolge ihres Gebots - vom höchsten angefangen - das Wegelement zugeteilt bekommen, bis die maximale Belegungszahl erreicht ist, und jede Transporteinheit, die ein Wegelement nach diesem Verfahren erhält, diese zu dem Preis erhält, der gleich dem höchsten Angebot unter den Anbietern ist, die dieses Wegelement nicht mehr erhalten haben, oder, wenn a le Anbieter das Wegelement erhalten haben, zum Preis des Mindestgebots .
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß jede Transporteinheit T, die sich am Ende einer Auktion Teile eines Weges ersteigert hat, nur den ersten Teil beginnend vom Startpunkt des Weges bis zum letzten in Folge liegenden Wegelement Wi, das sich T ersteigert hat, zur Benutzung zugeteilt bekommt und alle hinter dem ersten Wegelement Wi+ι, das sich T nicht mehr ersteigert hat, liegenden Wegelemente Wi nicht zur Benutzung zugeteilt bekommt, unabhängig davon, ob sich T diese Wegelemente W± ersteigert hat oder nicht.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß jede Transporteinheit am Anfang einer Auktion zusätzlich zu seinem Budgetgehalt alle Gebühren erstattet bekommt, die es für Wegelemente bezahlen mußte, die es zu Beginn der Auktion noch nicht benutzt hat.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Auktionsstrategie der Transporteinheit für jeden Weg zwischen Start und Ziel, der von der Datenverarbeitungseinheit R benannt wurde, die Wegequalität individuell bewertet und dann den besten Weg auswählt, wobei die Eigenschaften geographische Länge, aktuelle Benutzungsdauer und Summe der Mindestgebühren für die Bewertung in Betracht gezogen werden können.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 21 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Auktionsstrategie der Transporteinheit einen Weg zwischen Start und Ziel als besten auswählt, für diesen Weg ein Gebot abgibt und die Gebote auf die einzelnen Wegelemente verschieden gewichtet auf einen vorderen und hinteren Teil verteilt, wobei die relative Anzahl der Wegelemente des vorderen Teils und der Anteil der Gebote für den vorderen Teil am Gebot für den gesamten Weg durch individuelle Parameter vorgegeben wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 22 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Auktionsstrategie der Transporteinheit vom Ausgang der letzten Auktionsrunde abhängt, indem die Transporteinheit für den Fall, daß sie nicht alle Wegelemente des gewünschten Weges bekommen hat, entweder auf einen anderen Weg ausweicht oder das abgegebene Gebot umverteilt von Wegelementen, die sich die Transporteinheit in der letzten Auktionsrunde mit weniger Mitteln hätte ersteigern können, auf Wegelemente, die sie in der letzten Auktionsrunde nicht bekommen hat, oder in der ersten Auktionsrunde nur die Mindestgebote abgibt und in den folgenden Auktionsrunden gezielt mehr Mittel bei den Wegelementen einsetzt, die sie in der letzten Auktionsrunde nicht bekommen hat, oder in der ersten Auktionsrunde nur einen Teil des gesamten zur Verfügung stehenden Budgets für den gewünschten Weg einsetzt und in den folgenden Auktionsrunden entweder das Gebot für den gesamten Weg erhöht oder das Gebot gleich groß läßt, aber es für einen anderen Weg abgibt.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 23 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Auktionsstrategie der Transporteinheit ein individuelles Toleranzmaß für einen Weg festlegt, den sich die Transporteinheit in der letzten Auktion ersteigert hat, wobei das Toleranzmaß festlegt, ab welcher prozentualen Verschlechterung der aktuellen Streckenqualität des ersteigerten Weges der Bedarf einer neuen Auktion angemeldet wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 24 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Auktionsstrategie der Transporteinheit einen bestimmten Anteil des zur Verfügung stehenden Budgets grundsätzlich zurückbehält, um in zukünftigen Auktionen ein größeres Budget als das neue Gehalt zur Verfügung zu haben, wobei der zurückbehaltene Anteil von der relativen Entfernung zum Zielort abhängen darf.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 25 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß es als Abrechnungsverfahren zur Erhebung von Gebühren im Straßenverkehr verwendet wird, wobei die Straßenfahrzeuge den im Verfahren genannten Transporteinheiten entsprechen, von denen eine Gebühr für die Wegbenutzung erhoben wird.
27. Verfahren nach Anspruch 26 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Fahrzeuge sich frei im Straßenverkehr bewegen dürfen, aber für die Benutzung von Wegelementen, die sie sich nicht ersteigert haben, eine höhere Gebühr bezahlen müssen, als jedes Fahrzeug, das sich diese ersteigert hat.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 oder 27 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Wegelemente einzelne Spuren von Straßen sind, die gebührenpflichtig sind.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 28 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß es für ein Gebührenmodell verwendet wird, in dem die real zu zahlende Gebühr für ein Wegelement nur vom Fahrzeugtyp und der Benutzungszeit abhängen darf, nicht aber von der Anzahl der anderen Fahrzeuge, die dasselbe Wegelement zur gleichen Zeit benutzen wollen, wobei das im Verfahren verwendete Budget fiktiv ist und lediglich zur Priorisierung der Fahrzeuge dient.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 28 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß es für ein Gebührenmodell verwendet wird, in dem die real zu zahlende Gebühr für ein Wegelement nicht nur vom Fahrzeugtyp und der Benutzungszeit abhängt, sondern auch von der Anzahl der anderen Fahrzeuge, die dasselbe Wegelement zur gleichen Zeit benutzen wollen, wobei für jedes Wegelement ein Gebührenkorridor definiert ist zwischen einer Mindestgebühr und einer Höchstgebühr und kein Fahrzeug - unabhängig von seinem Angebot - mehr für die Benutzung eines Wegelements zahlen muß als die Höchstgebühr.
31. Verfahren nach Anspruch 30 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Basisgebühr für ein Wegelement der Höchstgebühr entspricht und jedem Fahrzeug die Differenz zum ersteigerten Preis als Rabatt gewährt wird.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 28 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß das im Verfahren verwendete Budget dem real zur Verfügung stehenden Budget entspricht und zu Beginn einer Auktion kein Gehalt gezahlt wird.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 32 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß das gesamte Verkehrsnetz zwecks Reduktion der Komplexität in regionale Netzknoten unterteilt wird, die ihrerseits wie Verkehrsnetze aufgebaut sind und die über Ports miteinander verbunden sind, und jeder regionale Netzknoten seinen eigenen Auktionator hat und die Steuerung der Transporteinheiten in den verschiedenen regionalen Netzknoten unabhängig voneinander vorgenommen wird und die Transporteinheiten, die sich von einem regionalen Netzknoten in einen anderen bewegen, nach Ersteigerung einer Wegbenutzung im ersten Netzknoten mit dem Wegelement als Aus- gangselement und dem Zeitintervall als Anfangszeitintervall im zweiten Netzknoten anmelden, das ihnen die ersteigerte Wegbenutzung für den Übergangsport zwischen den beiden Netzknoten zuweist, und jede Transporteinheit sich bei einer Änderung der ihm vom ersten regionalen Netzknoten zugewiesenen Wegbenutzung, die den Übergangsport betrifft, neu beim zweiten regionalen Netzknoten für die Zuweisung einer Wegbenutzung anmeldet.
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 33 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Datenverarbeitungseinheiten für die Transporteinheiten und Fahrwegelemente sowie für die Auktionatoren bzw. regionalen Netzknoten als Softwareagenten programmiert werden.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105139685A (zh) * 2015-07-24 2015-12-09 合肥工业大学 一种基于最大流率路径优先的路网疏散规划方法
CN112330054A (zh) * 2020-11-23 2021-02-05 大连海事大学 基于决策树的动态旅行商问题求解方法、系统及存储介质
CN113611103A (zh) * 2020-06-12 2021-11-05 南京理工大学 基于车流量预测的车联网双边拍卖式边缘计算迁移方法
WO2023279409A1 (zh) * 2021-07-06 2023-01-12 深圳市通拓信息技术网络有限公司 一种基于物流追踪的路径优化方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0618523A1 (de) * 1993-04-02 1994-10-05 Shinko Electric Co. Ltd. Methode und Steuervorrichtung für ein Transportverwaltungssystem mit fahrerlosen Fahrzeugen
US5752217A (en) * 1995-05-30 1998-05-12 Nippondenso Co., Ltd. Navigation system having optimal destination route setting capability
WO1998035311A1 (en) * 1997-02-06 1998-08-13 Delorme Publishing Company, Inc. Travel reservation and information planning system
DE19726542A1 (de) * 1997-05-07 1998-11-19 Wulf Prof Dr Ing Schwanhaeuser Verfahren zur Steuerung und Sicherung eines fahrplangebundenen Verkehrssystems

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0618523A1 (de) * 1993-04-02 1994-10-05 Shinko Electric Co. Ltd. Methode und Steuervorrichtung für ein Transportverwaltungssystem mit fahrerlosen Fahrzeugen
US5752217A (en) * 1995-05-30 1998-05-12 Nippondenso Co., Ltd. Navigation system having optimal destination route setting capability
WO1998035311A1 (en) * 1997-02-06 1998-08-13 Delorme Publishing Company, Inc. Travel reservation and information planning system
DE19726542A1 (de) * 1997-05-07 1998-11-19 Wulf Prof Dr Ing Schwanhaeuser Verfahren zur Steuerung und Sicherung eines fahrplangebundenen Verkehrssystems

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105139685A (zh) * 2015-07-24 2015-12-09 合肥工业大学 一种基于最大流率路径优先的路网疏散规划方法
CN113611103A (zh) * 2020-06-12 2021-11-05 南京理工大学 基于车流量预测的车联网双边拍卖式边缘计算迁移方法
CN112330054A (zh) * 2020-11-23 2021-02-05 大连海事大学 基于决策树的动态旅行商问题求解方法、系统及存储介质
CN112330054B (zh) * 2020-11-23 2024-03-19 大连海事大学 基于决策树的动态旅行商问题求解方法、系统及存储介质
WO2023279409A1 (zh) * 2021-07-06 2023-01-12 深圳市通拓信息技术网络有限公司 一种基于物流追踪的路径优化方法

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