WO2005088493A1 - Method and system for optimising transport missions - Google Patents

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WO2005088493A1
WO2005088493A1 PCT/DE2005/000426 DE2005000426W WO2005088493A1 WO 2005088493 A1 WO2005088493 A1 WO 2005088493A1 DE 2005000426 W DE2005000426 W DE 2005000426W WO 2005088493 A1 WO2005088493 A1 WO 2005088493A1
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optimizing
dependent
tasks according
transportation
probabilities
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PCT/DE2005/000426
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Ingo Morgenstern
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Ingo Morgenstern
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    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06QINFORMATION 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
    • G06Q10/00Administration; Management
    • G06Q10/08Logistics, e.g. warehousing, loading or distribution; Inventory or stock management
    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08GTRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/01Detecting movement of traffic to be counted or controlled
    • G08G1/0104Measuring and analyzing of parameters relative to traffic conditions
    • GPHYSICS
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    • G08GTRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/09Arrangements for giving variable traffic instructions
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    • G08G1/0968Systems involving transmission of navigation instructions to the vehicle
    • G08G1/096833Systems involving transmission of navigation instructions to the vehicle where different aspects are considered when computing the route
    • G08G1/096844Systems involving transmission of navigation instructions to the vehicle where different aspects are considered when computing the route where the complete route is dynamically recomputed based on new data

Definitions

  • the invention relates to methods and systems for optimizing transport tasks, such as, for example, the transportation of goods by forwarding agents or the forward movement of conveyor belts in the manufacture of products.
  • the invention relates to methods and systems for optimizing location- and time-dependent transport and also methods and systems for optimal utilization of traffic networks and for reducing costs in transport tasks and production line production.
  • the information such as traffic information
  • the information does not really solve the problem, even if it is transmitted correctly so that an actual traffic jam can be avoided.
  • Bypassing a traffic jam can resolve it faster, but those who bypass the reported traffic jam often create a new traffic jam on the bypass route, so that the individual user of the traffic information is not really helped with the latter. He wants to avoid a traffic jam and ends up in the next traffic jam.
  • the invention provides a method for optimizing transportation tasks, wherein at least one location-dependent transportation parameter is recorded, wherein probabilities are determined for the at least one location-dependent transportation parameter that are used as a basis for the optimization of the transportation task.
  • the optimization of the transport task is taken as a basis.
  • the probabilities of the at least one location-dependent transportation parameter are used as the basis for the transportation task in the form of an error bar, and / or that the probabilities or possibly error bars are continuously updated or improved with inclusion of the at least one location-dependent transportation parameter ,
  • a preferred development consists in that a temporal variation or dependency of the at least one location-dependent transport parameter is recorded, and for this purpose time-dependent probabilities are determined which are instead of the at least one location and time-dependent given transport parameter or in addition to the at least one location and time-dependent given transportation parameters of the transportation task.
  • a probability distribution is determined from a plurality of probabilities, which is used as the basis for the transport task instead of the location-specific and time-dependent given transport parameter or in addition to the location-specific and time-dependent given transport parameter.
  • the location-dependent transportation time is recorded as the at least one location-dependent transportation parameter.
  • a preferred embodiment of the invention consists in that the ascertained probabilities or, if applicable, the ascertained probability distribution are used as a basis for route optimization.
  • This can be further developed by using time-dependent probabilities for the travel times, which are constantly adapted to the current traffic situations, with preference being given to adapting the time-dependent probabilities to the current traffic situation via satellite-based systems, and / or preferably adapting the time-dependent ones Probabilities of the current traffic situation contains a damping factor that prevents chaotic behavior.
  • tellite-based data from road toll systems are used, and / or that inaccurate, noisy GPS data are used to create the time-dependent probabilities, and / or that a cost function is expanded for optimization by a risk term that reflects the time-dependent probability distributions for the travel times, and / or that to optimize the probability distributions for the total travel times Total costs are calculated.
  • a further preferred embodiment includes that physical, stochastic, genetic algorithms and / or the savings algorithm are used for optimization. Alternatively or additionally, an analog optimization with probability distributions can be used.
  • a bouncing method is used for optimization.
  • Simulated Annealing, Threshold Accepting, Great Deluge (deluge) genetic algorithms, savings algorithms with or without subsequent bouncing are used.
  • a preferred further development of these variants consists in that a bombshell method is used for the optimization, wherein in the context of the bombshell method in particular random coordinates are generated with a random generator, a radius around each coordinate point is determined or determined or generated , in particular generated by the random generator, and only the sections of the transport route or possibly the tour lying within these radii will be optimized with the bouncing method. This can be further developed by the random generator constantly changing new random coordinates and / or radii
  • a risk assessment is included, the risk assessment in particular being carried out using the "value-at-risk” method.
  • the method for optimizing transportation tasks can also provide for the Search Space Smoothing method to be optimized with or without threshold and / or low-temperature simulated annealing processes.
  • a small threshold can be used when using threshold acceptance or a threshold method.
  • the stated goal is also achieved with a system for optimizing transport tasks, wherein detection devices are provided for recording at least one location-dependent transport parameter and information devices which are designed to provide users with inclusion of the at least one location-dependent transport parameter via an optimization possibility of the transport task inform, and furthermore calculation devices are provided which are designed to determine probabilities for the at least one location-dependent transport parameter, and wherein the information devices are designed to inform users, including the probabilities, of an optimization possibility of the transport task.
  • 1 shows by way of example an explanatory and illustrative traffic flow forecast for Kunststoff at 10:00 p.m.
  • 2 shows by way of example an explanatory and illustrative traffic flow forecast for Kunststoff at 9:00 a.m.
  • FIG. 4 shows, by way of example, a probability distribution for the travel time of the route according to FIG. 3 at a specific time, but different with respect to the representation in FIG. 3,
  • 11 shows an example of a risk component calculated as a value-at-risk in the total cost function
  • FIG. 13 shows a schematic representation to represent the installation of various components at different stations of an assembly line
  • time-dependent probability distributions are used in the exemplary embodiment dealt with here, which are constantly adapted to the current traffic situation with the aid of, in particular, satellite-based systems.
  • the exemplary embodiment of the method and system for optimizing transport tasks which is considered in more detail here, circumvents this difficulty.
  • the adjustment takes place automatically.
  • the procedure in the present exemplary embodiment is as follows:
  • Satellite data is a kind of feedback of the system or an actual-target comparison.
  • the system regulates itself and approaches the optimum, ie the system and thus the process is capable of learning or self-learning.
  • This regulation is the fundamental advantage of the new procedure.
  • a damping factor can prevent tendencies towards chaotic behavior or vibrational behavior.
  • the damping factor determines the degree to which the old satellite data are replaced by new ones.
  • the measurement accuracy is of less importance than in legally usable data structures such as toll systems. This means that the current GPS data can be used with the known accuracy because, as mentioned, the creation of probabilities has a certain fault tolerance.
  • an essential component of this exemplary embodiment of the system and method for optimizing transport tasks is the influence of the distributions on the driving behavior of the users. Based on the assumption that truck traffic is an essential factor in the flow of traffic, truck tour planning is of the utmost importance.
  • the previous route planning and optimization relates to purely deterministic data, e.g. B. from A to B exactly 60 minutes. It is therefore not possible to include traffic congestion.
  • the method and system for optimizing transport tasks in accordance with the exemplary embodiment concerned in the present case includes route optimization which is based on the time-dependent probability distributions for the travel times from A to B mentioned.
  • the distribution for an entire tour can be calculated for this in physical, stochastic or genetic algorithms. This procedure is time-consuming and must be replaced in the case of short response times or short-term required responses by treating the moments of the distribution.
  • the simplest method is the use of the average travel time and the standard deviation, i. H. the error bar. On this
  • system can also be implemented on other modes of transport or their network.
  • a generalization of the exemplary embodiment dealt with above consists in the application of the probability-oriented optimization to production processes.
  • a sub-process no longer takes 10 minutes deterministically, but the corresponding probability distribution becomes the basis of the optimization. This results in an application of the new method to almost all cases of deterministic optimization.
  • a further exemplary embodiment is now discussed, which relates to a method and system for optimizing transport tasks with a learning ability.
  • This new method and system is based on inventive findings in algorithm generation, which make it possible to include time-dependent probabilities in route optimization. These time-dependent probabilities are based on measurements of the traffic flow. The ability to learn is based on a target-actual comparison with the measured data.
  • Truck traffic is influenced in such a way that the main reasons for traffic jams are eliminated.
  • the overall system is of great economic benefit, which will only increase if the most extensive possible introduction is achieved. For individual users, such as freight forwarding companies, there is an improvement in the business situation even with isolated introduction, since they can adapt to the traffic situation optimally. Some of the required traffic data is already available.
  • Route planning can be relevant to two criteria in particular: the expected journey time and the travel costs. By balancing these two factors, each weighted according to his personal needs, he will ultimately make the decision for a specific mode of transport and a specific route.
  • a freight forwarding company that has to send its trucks to certain destinations in order to fulfill customer orders and wants to plan the trips of its trucks for this purpose, faces a much more difficult problem. As far as the loading capacities of the trucks allow, several destinations should be approached in one trip for cost reasons, ie the trucks are usually on longer trips. In addition, the company can provide additional tours for a truck after returning from the first tour. The more you want to reduce downtimes at the fleet location, for example in order to achieve a good utilization of the vehicles, the more important it is to calculate the time required for each individual tour, which is made up of the travel times and length of stay at the customer. This scheduling becomes even more critical when you consider that most jobs need to be completed within one or more time slots.
  • the freight forwarding company is therefore faced with the task of distributing the individual customer orders in a suitable manner to the trucks in their own fleet and combining them into tours, and ensuring that the destinations are in the best order for each tour. So it has to draw up an extensive tour schedule for the near future. In practice, other restrictions are sometimes to be observed, for example because not every truck is suitable for every job.
  • the travel time for any journey from A to B can only be calculated as a first approximation from the route length, the type of road (highway, federal road, country road, etc.), the (legally permitted) speed of the vehicle and other factors that are constant over time. Your own progress in traffic is often hampered by the presence of other road users. If a particularly large number of road users are on the road, there may even be a standstill, i.e. a traffic jam. As a result, the travel time can be predicted more precisely if one includes data on the expected traffic volume includes his planning. In heavy traffic, so there is a risk of traffic jams, the average speed of the vehicles will probably have to be corrected slightly downwards.
  • the travel costs are initially the same as the travel times - at least if you assume operating costs per time.
  • additional costs which are proportional to the route length and depending on vehicle characteristics.
  • traffic control is also possible via it. For example, one could abolish the Sunday driving ban and charge increased tolls to compensate for these days.
  • control the traffic according to the time of day by trying to relieve the highways in favor of car traffic at higher times and at the same time create an incentive for driving at night with low fees. Perhaps this could lead to more balanced utilization of road capacities.
  • the travel time for each road connection should therefore be given in the form of a time-dependent distribution.
  • Such distributions are obtained by statistical analysis of measured traffic data. The greater the fluctuations in the measured travel times, the broader the distribution for the travel time. The average of this distribution is the average journey time. Their width can be viewed as a measure of the blurring or inaccuracy of the travel time and should also be taken into account when planning the tour.
  • the shipping company can decide to what extent it wants to reduce the risk and accept higher costs.
  • an independent tour planning program for implementing the method according to the invention and as part of a system according to the invention for optimizing transport tasks can be brought onto the market, which competes with the established programs, but can Invention can also be incorporated into already established route planning programs, systems and procedures.
  • traffic forecasts that have already been determined in the invention.
  • a connection to existing digital map material is also possible.
  • existing, in particular comprehensive, reliable recordings of traffic flow information can be included.
  • Such data and information, regardless of whether they already exist or are yet to be obtained, are preferably from several different sources, such as.
  • truck traffic on highways in Germany is used.
  • this assumed exemplary situation can also be generalized for all roads and also for only or with the inclusion of cars.
  • a toll system such as, for. B. Toll-Collect in Germany
  • GPS is used here, the basics of which are assumed to be generally known and therefore are no longer explained separately here
  • data is collected in a central computer about the time when a certain truck drives on a certain section of the motorway. The travel time for the section is then calculated from this.
  • a histogram is created for different times of the day, days of the week, different seasons, etc. In turn, these histograms are used to create probability distributions, which are entered into a traffic forecast program and compared with reality. From this one obtains probability information for the "truth content" and thus a probability distribution. For example, route plans can be created based on such probability distributions.
  • Route planning - definition A tour planning exists if a forwarding agency specifies driving parameters with only one order (only one truck), up to the case that a forwarding agency with a certain number of trucks that have a certain number of orders have to carry out the entire fleet and all orders in plans, organizes and / or manages in an optimizing manner.
  • tours therefore include a single truck that travels from Frankfurt to Kunststoff, for example, but also a complex fleet, such as for fuel oil export.
  • the inventive step in the present exemplary embodiment again consists in the fact that instead of a deterministic statement about a travel time from A to B, a probability statement is made according to the invention as before.
  • Optimization methods are also implemented, such as physical methods, e.g. Simulated annealing, threshold acceptance, Great Deluge (deluge), genetic algorithms, savings algorithms with or without subsequent bouncing ("bouncing" method) (one takes the solution, for example, of the savings algorithm as a starting configuration for the bouncing method, which later is described in more detail).
  • Savings algorithms alone provide rather inadequate solutions, so that an improvement with bouncing based on a physical algorithm (simulated annealing, etc.) is preferably provided and achieved, which means optimization with probabilities.
  • the result is a probability distribution for the total costs, for which an illustrative example is shown in FIG. 5.
  • a risk assessment is preferably carried out with
  • Such situations can be calculated using the probability distributions created as above.
  • the relationship between traffic density on the one hand and travel times or speeds on the other hand is used, as is already known as a procedure.
  • Other design options are to change the (time-dependent) toll depending on the effect achieved, such as: B. Gradually increasing slowly, etc.
  • the system and method according to the invention enables a evasion of predicted problem cases (traffic jams, etc., high traffic volume, etc.), that is to say a greater deviation from the normal case.
  • the toll can preferably be designed in such a way that trucks avoid these vulnerable points.
  • Control can take place, for example, by e.g. B. lower toll if a certain section is not traveled at a certain time, or a higher toll for vulnerable areas.
  • the greatest advantage of the method and system according to the invention for optimizing transport tasks is learning ability. This is very much supported when trucks are based on predicted probabilities.
  • online data real-time data
  • online data real-time data
  • the aspect of the system and method according to the invention specifies probabilities and the online data indicate the reality. So z. For example, it can also be taken into account that a traffic jam is actually at one point, although only a low probability of traffic jam was determined for this point.
  • Truck forwarding agencies in Germany are essentially equipped with route planning systems. Almost all of these are based on savings algorithms, generally at different levels. For example, this is done as follows: First, customers are distributed to trucks. Then the overall situation is optimized. This is followed by a partial splitting off of constraints, theoretically according to the principle: "Devide and loose" (first customers on a truck and then planning a tour). This results in a deviation from the total optimum of z. B. five percent depending on the complexity of the tour planning.
  • the invention is replaced by or supplemented with new algorithms.
  • the consideration of the probability distributions only brings additional improvement in "bouncing", i.e. Savings solution.
  • the probability distributions are preferably taken into account as a function of time. This time dependency naturally also applies to the mean values. This enables a simplified procedure to be obtained: Instead of entire probability distributions, only error bars are used / taken into account, e.g. B. in simulated annealing or analogously in other methods. An exemplary explanatory mathematical representation thereof as a representation of a tour is shown in FIG. 8. Significant progress compared to pure simulated annealing is that the time dependency and the error bars are taken into account.
  • T stands for the virtual temperature temperatures in simulated annealing or threshold, as is common in physical optimization processes.
  • a subspecies of the bouncing process is the so-called bombshell process.
  • Bouncing e.g. For example, to carry out an entire map, "bomb funnels" are set: only what is in it is bounced. That is, e.g. B. generates a random generator random coordinates and a radius around each such coordinate point, d. H. so-called "bomb funnels". Only the sections of the tour that lie within these radii are optimized with the bouncing method. In other words, a change in the tour in optimization processes only takes place within these radii, and thus bouncing, as indicated, only within the funnel. Random generator funnels are always being generated until the desired result is achieved, especially until no further improvements can be obtained.
  • Another suitable optimization method is search space smoothing.
  • the smoothing parameter is changed in the same way as the temperature, ie switching as in bouncing of the improved search space smoothing, and thus the same procedure as in bouncing, only with changes in the smoothing parameters: ever greater change, analogous to bouncing; Combination with bombshell processes means only changing the funnels.
  • An essential aspect of the exemplary embodiments dealt with above and the invention in this context is the inclusion of the error bars or the probability distribution and / or the time dependence in optimization methods. Further advantageous and preferred configurations relate to bouncing, bombshell and improved search space smoothing.
  • the sequence of vehicles on an assembly line is used for an exemplary embodiment.
  • a wide variety of components are installed at different stations, as the schematic illustration in FIG. 13 illustrates.
  • a type j rear-view mirror is installed at installation location i.
  • a cantilever or a probability distribution is obtained. H. you get probability distributions for all installation locations and installation types: distribution for each individual type; Type for everyone
  • Usual changes to the configuration (order) can be based on known methods (simulated annealing, etc., but also genetic algorithms).
  • the introduction of the probabilities and in particular the time-dependent probabilities is also advantageous here.
  • the belt does not only move further by one station if the longest assembly time on a station tion has expired, and the function is not such that the belt is moved intermittently according to the longest time, but the assembly or production belt runs continuously at a suitable average speed.
  • search space smoothing also represents a further improvement in the solutions already created / described, and also in somewhat different methods, so that this is a fundamental aspect of the invention with also independent inventive step.
  • search space smoothing also represents a further improvement in the solutions already created / described, and also in somewhat different methods, so that this is a fundamental aspect of the invention with also independent inventive step.

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Abstract

The invention relates to a method for optimising transport missions. According to said method, at least one location-dependent transport parameter is detected, and probabilities are determined for said parameter, providing the basis for the optimisation of the transport mission. The invention also relates to a system for optimising transport missions, said system comprising detection devices for detecting at least one location-dependent transport parameter, information devices that are embodied in such a way as to inform users about a possibility for optimising the transport mission, taking into account the at least one location-dependent transport parameter, and calculation devices that are embodied in such a way as to determine probabilities for the at least one location-dependent transport parameter, the information devices also being embodied in such a way as to inform users about a possibility for optimising the transport mission, taking into account the probabilities.

Description

Verfahren und Systeme zur Optimierung von Beförderungsaufgaben Procedures and systems for the optimization of transport tasks
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft Verfahren und Systeme zur Optimierung von Beförderungsaufgaben, wie beispielsweise Transporten von Waren durch Speditionen oder auch von Vorwärtsbewegung von Fliessbändern bei der Herstellung von Produkten. Insbesondere betrifft die Erfindung Verfahren und Systeme zur Optimierung von orts- und zeitabhängigen Beförderungen und auch Verfahren und Systeme zur optimalen Auslastung von Verkehrsnetzen sowie zur Kostenverringerung bei Transportaufgaben und Fliessbandproduktion.The invention relates to methods and systems for optimizing transport tasks, such as, for example, the transportation of goods by forwarding agents or the forward movement of conveyor belts in the manufacture of products. In particular, the invention relates to methods and systems for optimizing location- and time-dependent transport and also methods and systems for optimal utilization of traffic networks and for reducing costs in transport tasks and production line production.
Gegenwärtig sind aus der Praxis Verfahren und Systeme zur Optimierung von orts- und zeitabhängigen Beförderungen, wie beispielsweise Transporten von Waren durch Speditionen, bekannt, wobei Ist-Daten erfasst und über Kommunikationseinrichtungen Nutzern zur Verfü- gung gestellt werden. Damit können beispielsweise tatsächlich vorhandene Staus umfahren werden, wenn die Informationen rechtzeitig erhalten werden. Es kommt dabei aber häufig dazu, dass die Informationen zu spät erhalten werden, so dass eine Umfahrung eines tatsächlich vorhandenen Staus nicht mehr möglich ist. Ein anderes Problem besteht darin, dass die Information auch dann noch weitergegeben wird, wenn der Stau nicht mehr existiert, so dass dann unnötig eine Umfahrung und damit ein größerer Aufwand erfolgt.At present, methods and systems for optimizing location and time-dependent transportation, such as the transportation of goods by forwarding agents, are known in practice, actual data being recorded and made available to users via communication devices. This can be used to avoid traffic jams, for example, if the information is received in good time. However, it often happens that the information is received too late, so that it is no longer possible to bypass an actually existing traffic jam. Another problem is that the information is passed on even if the traffic jam no longer exists, so that a bypass and thus a greater effort are then unnecessarily.
Die Informationen, wie beispielsweise Verkehrsinformationen, sorgen aber auch dann, wenn sie zutreffend übermittelt werden, so dass ein tatsächlicher Stau umfahren werden kann, nicht wirklich zur Lösung des Problems. Durch die Umfahrung eines Staus kann sich dieser zwar schneller auflösen, diejenigen aber, die den gemeldeten Stau umfahren, erzeugen auf der Umgehungsstrecke aber oft wieder einen neuen Stau, so dass dem einzelnen Nutzer der Verkehrsinformationen mit letzteren nicht wirklich geholfen ist. Er will einen Stau umgehen und landet im nächsten Stau.However, the information, such as traffic information, does not really solve the problem, even if it is transmitted correctly so that an actual traffic jam can be avoided. Bypassing a traffic jam can resolve it faster, but those who bypass the reported traffic jam often create a new traffic jam on the bypass route, so that the individual user of the traffic information is not really helped with the latter. He wants to avoid a traffic jam and ends up in the next traffic jam.
Die bekannten Verfahren und Systeme leiden daher daran, dass sie keine Optimierung bewirken, sondern selbst wieder Probleme und unnötigen Aufwand erzeugen.The known methods and systems therefore suffer from the fact that they do not bring about optimization, but instead generate problems and unnecessary effort themselves.
Es ist daher das Ziel der vorliegenden Erfindung, Verfahre und Systeme zu schaffen, um damit orts- und zeitabhängige Beförderungen zu optimieren. Dieses Ziel wird mit einem Verfah- ren nach dem Anspruch 1 sowie einem System nach dem Anspruch 29 erreicht. Demnach schafft die Erfindung ein Verfahren zur Optimierung von Beförderungsaufgaben, wobei wenigstens ein ortsabhängig gegebener Beförderungsparameter erfasst wird, wobei für den wenigstens einen ortsabhängig gegebenen Beförderungsparameter Wahrscheinlichkeiten ermittelt werden, die der Optimierung der Beförderungsaufgabe zu Grunde gelegt werden.It is therefore the aim of the present invention to create methods and systems in order to optimize location and time-dependent transportation. This aim is achieved with a method according to claim 1 and a system according to claim 29. Accordingly, the invention provides a method for optimizing transportation tasks, wherein at least one location-dependent transportation parameter is recorded, wherein probabilities are determined for the at least one location-dependent transportation parameter that are used as a basis for the optimization of the transportation task.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass zusätzlich zu den ermittelten Wahrscheinlichkeiten der Beförderungsparameter der Optimierung der Beförderungsaufgabe zu Grunde gelegt wird. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Wahrscheinlichkeiten des wenigstens einen ortsabhängig gegebenen Beförderungsparameters der Beförderungsaufgabe in Form eines Fehlerbalkens zu Grunde gelegt werden, und/oder dass die Wahrscheinlichkeiten oder ggf. Fehlerbalken unter Einbeziehung des wenigstens einen ortsabhängig gegebenen Beförderungsparameters kontinuierlich aktualisiert oder verbessert werden.It is preferably provided that, in addition to the probabilities determined for the transport parameters, the optimization of the transport task is taken as a basis. Alternatively or additionally, it can be provided that the probabilities of the at least one location-dependent transportation parameter are used as the basis for the transportation task in the form of an error bar, and / or that the probabilities or possibly error bars are continuously updated or improved with inclusion of the at least one location-dependent transportation parameter ,
Eine bevorzugte Weiterbildung besteht darin, dass eine zeitliche Variation oder Abhängigkeit des wenigstens einen ortsabhängig gegebenen Beförderungsparameters erfasst wird, und dass dafür zeitabhängige Wahrscheinlichkeiten ermittelt werden, die statt des wenigstens einen orts- und zeitabhängigen gegebenen Beförderungsparameters oder zusätzlich zu dem wenigstens einen orts- und zeitabhängigen gegebenen Beförderungsparameter der Beförderungsaufgabe zu Grunde gelegt werden.A preferred development consists in that a temporal variation or dependency of the at least one location-dependent transport parameter is recorded, and for this purpose time-dependent probabilities are determined which are instead of the at least one location and time-dependent given transport parameter or in addition to the at least one location and time-dependent given transportation parameters of the transportation task.
Ferner kann mit Vorzug vorgesehen sein, dass aus mehreren Wahrscheinlichkeiten eine Wahrscheinlichkeitsverteilung ermittelt wird, die statt des orts- und insbesondere zeitabhängigen gegebenen Beförderungsparameters oder zusätzlich zu dem orts- und insbesondere zeitabhängigen gegebenen Beförderungsparameter der Beförderungsaufgabe zu Grunde gelegt wird.Furthermore, it can preferably be provided that a probability distribution is determined from a plurality of probabilities, which is used as the basis for the transport task instead of the location-specific and time-dependent given transport parameter or in addition to the location-specific and time-dependent given transport parameter.
Es ist ferner bevorzugt, wenn als der wenigstens eine ortsabhängig gegebene Beförderungsparameter die ortsabhängige Beförderungszeit erfasst wird.It is further preferred if the location-dependent transportation time is recorded as the at least one location-dependent transportation parameter.
Eine vorzugsweise Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die ermittelten Wah- rscheinlichkeiten oder ggf. die ermittelte Wahrscheinlichkeitsverteilung zur Tourenoptimierung zu Grunde gelegt werden. Dies kann dadurch weitergebildet sein, dass zeitabhängige Wahrscheinlichkeiten für die Fahrzeiten herangezogen werden, die ständig den aktuellen Verkehrssituationen angepasst werden, wobei mit Vorzug die Anpassung der zeitabhängigen Wahrscheinlichkeiten an die aktuelle Verkehrssituation über satellitengestützte Systeme er- folgt, und/oder bevorzugt die Anpassung der zeitabhängigen Wahrscheinlichkeiten an die aktuelle Verkehrssituation einen Dämpfungsfaktor enthält, der chaotisches Verhalten verhindert. Gemäß anderen Weiterbildungen dieser Ausgestaltung ist insbesondere vorgesehen, dass sa- tellitengestützte Daten von Streckenmautsystemen verwendet werden, und/oder dass auch ungenaue verrauschte GPS-Daten zur Erstellung der zeitabhängigen Wahrscheinlichkeiten verwendet werden, und/oder dass zur Optimierung eine Kostenfunktion um einen Risikoterm erweitert wird, der die zeitabhängigen Wahrscheinlichkeitsverteilungen für die Fahrzeiten reflektiert, und/oder dass zur Optimierung die Wahrscheinlichkeitsverteilungen für die Gesamtfahrzeiten bez. Gesamtkosten berechnet werden.A preferred embodiment of the invention consists in that the ascertained probabilities or, if applicable, the ascertained probability distribution are used as a basis for route optimization. This can be further developed by using time-dependent probabilities for the travel times, which are constantly adapted to the current traffic situations, with preference being given to adapting the time-dependent probabilities to the current traffic situation via satellite-based systems, and / or preferably adapting the time-dependent ones Probabilities of the current traffic situation contains a damping factor that prevents chaotic behavior. According to other developments of this embodiment, it is provided in particular that tellite-based data from road toll systems are used, and / or that inaccurate, noisy GPS data are used to create the time-dependent probabilities, and / or that a cost function is expanded for optimization by a risk term that reflects the time-dependent probability distributions for the travel times, and / or that to optimize the probability distributions for the total travel times Total costs are calculated.
Erfindungsgemäß kann auch vorgesehen sein, zur Optimierung die Momente der zeitabhängigen Wahrscheinlichkeiten für Taktzeiten von Produktionsprozessen heranzuziehen.According to the invention, provision can also be made to use the moments of the time-dependent probabilities for cycle times of production processes for optimization.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung beinhaltet, dass zur Optimierung physikalische, stochastische, genetische Algorithmen und/oder der Savings- Algorithmus herangezogen werden/wird. Alternativ oder zusätzlich kann eine analoge Optimierung mit Wahrscheinlichkeitsverteilungen herangezogen werden.A further preferred embodiment includes that physical, stochastic, genetic algorithms and / or the savings algorithm are used for optimization. Alternatively or additionally, an analog optimization with probability distributions can be used.
Es ist ferner bevorzugt, wenn statt deterministischer Daten Wahrscheinlichkeitsverteilungen verwendet werden.It is further preferred if probability distributions are used instead of deterministic data.
Eine andere Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass zur Optimierung ein Bouncing- Verfahren verwendet wird. Alternativ oder zusätzlich kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass zur Optimierung Simulated Annealing, Threshold Accepting, Great Deluge (Sintflut), genetische Algorithmen, Savings- Algorithmen mit oder ohne nachgeschaltetem Bouncing verwendet werden. Eine vorzugsweise Weiterbildung dieser Varianten besteht darin, dass zur Optimierung ein Bombshell- Verfahren verwendet wird, wobei insbe- sondere im Rahmen des Bombshell- Verfahrens mit einem Random-Generator Random-Koordinaten erzeugt werden, ein Radius um jeden Koordinatenpunkt festgelegt oder ermittelt oder erzeugt wird, insbesondere von dem Random-Generator erzeugt wird, und nur die innerhalb dieser Radien liegende Teilstücke des Beförderungsweges oder ggf. der Tour werden mit dem Bouncing- Verfahren optimiert werden. Dies kann noch dadurch weitergebildet werden, dass von dem Random-Generator immer wieder neue Random-Koordinaten und/oder Radien umAnother development of the invention consists in that a bouncing method is used for optimization. Alternatively or additionally, it can be provided in the method according to the invention that for optimization Simulated Annealing, Threshold Accepting, Great Deluge (deluge), genetic algorithms, savings algorithms with or without subsequent bouncing are used. A preferred further development of these variants consists in that a bombshell method is used for the optimization, wherein in the context of the bombshell method in particular random coordinates are generated with a random generator, a radius around each coordinate point is determined or determined or generated , in particular generated by the random generator, and only the sections of the transport route or possibly the tour lying within these radii will be optimized with the bouncing method. This can be further developed by the random generator constantly changing new random coordinates and / or radii
Random-Koordinaten erzeugt werden.Random coordinates are generated.
Ferner ist es bevorzugt, wenn eine Risikoabschätzung enthalten ist, wobei insbesondere die Risikoabschätzung nach dem "Value-at-Risk" -Verfahren erfolgt.It is further preferred if a risk assessment is included, the risk assessment in particular being carried out using the "value-at-risk" method.
In Weiterbildung der Erfindung kann bei dem Verfahren zur Optimierung von Beförderungsaufgaben ferner vorgesehen sein, dass zur Optimierung Search Space Smoothing Verfahren mit oder ohne Threshold und/oder Tieftemperatur Simulated Annealing Verfahren verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann bei Verwendung von Threshold Accepting oder eines Threshold- Verfahrens ein kleiner Threshold verwendet werden.In a further development of the invention, the method for optimizing transportation tasks can also provide for the Search Space Smoothing method to be optimized with or without threshold and / or low-temperature simulated annealing processes. Alternatively or additionally, a small threshold can be used when using threshold acceptance or a threshold method.
Das genannte Ziel wird erfindungsgemäß auch mit einem System zur Optimierung von Beförderungsaufgaben erreicht, wobei Erfassungseinrichtungen zum Erfassen wenigstens eines ortsabhängig gegebenen Beförderungsparameters und Informationseinrichtungen vorgesehen sind, die ausgelegt sind, Anwender unter Einbeziehung des wenigstens einen ortsabhängig gegebenen Beförderungsparameters über eine Optimierungsmöglichkeit der Be- förderungsaufgabe zu informieren, und wobei ferner Kalkulationseinrichtungen vorgesehen sind, die ausgelegt sind, für den wenigstens einen ortsabhängig gegebenen Beförderungsparameter Wahrscheinlichkeiten zu ermitteln, und wobei die Informationseinrichtungen ausgelegt sind, Anwender unter Einbeziehung der Wahrscheinlichkeiten über eine Optimierungsmög- lichkeit der Beförderungsaufgabe zu informieren.According to the invention, the stated goal is also achieved with a system for optimizing transport tasks, wherein detection devices are provided for recording at least one location-dependent transport parameter and information devices which are designed to provide users with inclusion of the at least one location-dependent transport parameter via an optimization possibility of the transport task inform, and furthermore calculation devices are provided which are designed to determine probabilities for the at least one location-dependent transport parameter, and wherein the information devices are designed to inform users, including the probabilities, of an optimization possibility of the transport task.
Die Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten des Verfahrens gemäß den Vorstehenden Angaben und Erläuterungen gelten in analoger Weise auch für das erfindungsgemäße System zur Optimierung von Beförderungsaufgaben, indem Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens zur Optimierung von Beförderungsaufgaben entsprechend diesen vorstehend ange- gebenen und erläuterten Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten enthalten und bestimmungsgemäß betreibbar sind.The refinements, developments and variants of the method according to the above information and explanations also apply in an analogous manner to the system for optimizing transport tasks according to the invention, in that devices for carrying out the method for optimizing transport tasks in accordance with these refinements, refinements and Variants included and can be operated as intended.
Verfahrens- und Vorrichtungsmerkmale ergeben sich jeweils analog auch aus Vorrichtungsbzw. Verfahrensbeschreibungen. Aus angegebenen Verfahrensmerkmalen ergeben sich für den Fachmann, falls dies hierin nicht gesondert angegeben ist, ohne weiteres die geeigneten und damit bestimmungsgemäßen Einrichtungen und Vorrichtungen, so dass er für deren Auswahl oder Festlegung bei Kenntnis der Offenbarung der vorliegenden Anmeldung nicht gesondert erfinderisch tätig zu werden braucht.Process and device features also result from device or. Process descriptions. Unless otherwise specified here, the method features given give the person skilled in the art the suitable and therefore intended devices and devices without any special details, so that he does not have to be inventive in order to select or define them if he is aware of the disclosure of the present application ,
Bevorzugte und/oder vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweils abhängigen Ansprüchen und deren Kombinationen sowie den gesamten vorliegenden Anmeldungsunterlagen.Preferred and / or advantageous embodiments of the invention result from the respective dependent claims and their combinations as well as the entire application documents.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, in denenThe invention is explained in more detail below using exemplary embodiments with reference to the drawings, in which
Fig. 1 beispielhaft eine erläuternde und illustrative Verkehrsflussprognose für München um 22.00 Uhr zeigt, Fig. 2 beispielhaft eine erläuternde und illustrative Verkehrsflussprognose für München um 9.00 Uhr zeigt,1 shows by way of example an explanatory and illustrative traffic flow forecast for Munich at 10:00 p.m. 2 shows by way of example an explanatory and illustrative traffic flow forecast for Munich at 9:00 a.m.
Fig. 3 beispielhaft eine Wahrscheinlichkeitsverteilungen für die Fahrtzeit einer Strecke zu einer bestimmten Uhrzeit zeigt,3 shows an example of a probability distribution for the travel time of a route at a specific time,
Fig. 4 beispielhaft eine Wahrscheinlichkeitsverteilungen für die Fahrtzeit der Strecke gemäß der Fig. 3 zu einer bestimmten, jedoch bezüglich der Darstellung der Fig. 3 anderen Uhrzeit zeigt,4 shows, by way of example, a probability distribution for the travel time of the route according to FIG. 3 at a specific time, but different with respect to the representation in FIG. 3,
Fig. 5 beispielhaft eine Wahrscheinlichkeitsverteilung für Gesamtkosten zeigt,5 shows an example of a probability distribution for total costs,
Fig. 6 eine illustrative Erläuterung zum "Value-at-Risk" -Verfahren zeigt,6 shows an illustrative explanation of the “value-at-risk” method,
FFiigg.. 77 eine illustrative Erläuterung zum Gradientenverfahren zeigt,FFiigg .. 77 shows an illustrative explanation of the gradient method,
Fig. 8 beispielhaft eine Tour in einer mathematischen Darstellung zeigt,8 shows an example of a tour in a mathematical representation,
Fig. 9 beispielhaft eine Risikobewertung mittels Fehlerbalken zeigt,9 shows an example of a risk assessment using error bars,
Fig. 10 beispielhaft eine Gesamtverteilung zur Berechnung von VaR zeigt,10 shows an example of an overall distribution for calculating VaR,
Fig. 11 beispielhaft einen Risiko- Anteil in der Gesamtkostenfunktion als Value-at-Risk berechnet zeigt,11 shows an example of a risk component calculated as a value-at-risk in the total cost function,
Fig. 12 eine beispielhafte erläuternde Skizze zum Simulated Annealing zeigt,12 shows an exemplary explanatory sketch for simulated annealing,
Fig. 13 eine schematische Darstellung zur Repräsentation des Einbauens verschiedenster Bauteile an verschiedenen Stationen eine Montagebandes zeigt, und13 shows a schematic representation to represent the installation of various components at different stations of an assembly line, and
Fig. 14 beispielhaft und schematisch die Gesamtwahrscheinlichkeit für den Einbau aller Teile in vorgegebener Reihenfolge der Fahrzeuge zeigt.14 shows, by way of example and schematically, the overall probability for the installation of all parts in a predetermined order of the vehicles.
Anhand der nachfolgend beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsund Anwendungsbeispiele wird die Erfindung lediglich exemplarisch näher erläutert, d.h. sie ist nicht auf diese Ausführungs- und Anwendungsbeispiele oder auf die jeweiligen Merkmals- kombinationen innerhalb einzelner Ausführungs- und Anwendungsbeispiele beschränkt. Verfahrens- und Vorrichtungsmerkmale ergeben sich jeweils analog auch aus Vorrichtungs- bzw. Verfahrensbeschreibungen.Using the exemplary embodiments and application examples described below and shown in the drawings, the invention is merely explained in more detail by way of example, i.e. it is not restricted to these exemplary embodiments and application examples or to the respective combinations of features within individual exemplary embodiments and application examples. Process and device features also result analogously from device or process descriptions.
Einzelne Merkmale, die im Zusammenhang mit konkreten Ausführungsbeispielen angeben und/oder dargestellt sind, sind nicht auf diese Ausführungsbeispiele oder die Kombination mit den übrigen Merkmalen dieser Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern können im Rahmen des technisch Möglichen, mit jeglichen anderen Varianten, auch wenn sie in den vorliegenden Unterlagen nicht gesondert behandelt sind, kombiniert werden.Individual features that specify and / or are shown in connection with specific exemplary embodiments are not limited to these exemplary embodiments or the combination with the other features of these exemplary embodiments, but can, within the scope of what is technically possible, with any other variants, even if they are shown in FIGS available documents are not treated separately, can be combined.
Gleiche Bezugszeichen in den einzelnen Figuren und Abbildungen der Zeichnungen bezeichnen gleiche oder ähnliche oder gleich oder ähnlich wirkende Komponenten. Anhand der Darstellungen in der Zeichnung werden auch solche Merkmale deutlich, die nicht mit Bezugszei- chen versehen sind, unabhängig davon, ob solche Merkmale nachfolgend beschrieben sind oder nicht. Andererseits sind auch Merkmale, die in der vorliegenden Beschreibung enthalten, aber nicht in der Zeichnung sichtbar oder dargestellt sind, ohne weiteres für einen Fachmann verständlich.Identical reference symbols in the individual figures and illustrations of the drawings denote identical or similar or identically or similarly acting components. On the basis of the representations in the drawing, such features are also made clear that are not Chen are provided, regardless of whether such features are described below or not. On the other hand, features which are contained in the present description but are not visible or shown in the drawing are also readily understandable for a person skilled in the art.
Zunächst werden Grundprinzipien von erfindungsgemäßen Verfahren und Systemen zur Optimierung von Beförderungsaufgaben anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Tourenoptimierung beispielsweise von Speditionen näher erläutert.First, basic principles of methods and systems according to the invention for optimizing transport tasks are explained in more detail using an exemplary embodiment with reference to route optimization, for example of forwarding agents.
Für die Tourenoptimierung werden bei dem vorliegend behandelten Ausführungsbeispiel zeitabhängige Wahrscheinlichkeitsverteilungen herangezogen, die ständig der aktuellen Verkehrssituation mit Hilfe insbesondere satellitengestützter Systeme angepasst werden.For the route optimization, time-dependent probability distributions are used in the exemplary embodiment dealt with here, which are constantly adapted to the current traffic situation with the aid of, in particular, satellite-based systems.
Die Vermeidung von Verkehrsstaus oder sogar eines Verkehrskollapses ist Ziel zahlreicher Bemühungen. In diesem Zusammenhang sind die neuen Mautsysteme wie etwa von "TollThe avoidance of traffic congestion or even a traffic collapse is the goal of numerous efforts. In this context, the new toll systems such as "Toll
Collect" in Deutschland zu erwähnen. Grundlegende Idee solcher Mautsysteme ist, durch eine zeitabhängige Maut für LKWs eine Verkehrsbeeinflussung herbeizuführen. Die Problematik liegt in der Festsetzung der zeitabhängigen Maut, da eine genaue Einregulierung nur in "Trial and Error" -Verfahren möglich ist. Ein auf diese Weise reguliertes System kann deshalb zu chaotischem Verhalten neigen.Collect "to mention in Germany. The basic idea of such toll systems is to influence the traffic by means of a time-dependent toll for trucks. The problem lies in setting the time-dependent toll, since exact regulation is only possible in" trial and error "procedures The system regulated in this way can therefore tend to be chaotic.
Das vorliegend näher betrachtete Ausführungsbeispiel von Verfahren und System zur Optimierung von Beförderungsaufgaben umgeht diese Schwierigkeit. Die Einregulierung erfolgt automatisch. Die Vorgehensweise ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel folgende: Die von den LKWs erhobenen Verkehrsdaten, etwa Koordinaten und Zeiten in satellitengestütztenThe exemplary embodiment of the method and system for optimizing transport tasks, which is considered in more detail here, circumvents this difficulty. The adjustment takes place automatically. The procedure in the present exemplary embodiment is as follows: The traffic data collected by the trucks, for example coordinates and times in satellite-based
Systemen werden zentral gesammelt. Auf einer zu Grunde liegenden digitalen Landkarte werden für die Straßenabschnitte aus den Koordinaten und dazugehörigen Zeiten zeitabhängige Wahrscheinlichkeitsverteilungen für die Fahrzeiten errechnet. Diese zeitabhängigen Wahrscheinlichkeitsverteilungen werden jedem Verkehrsteilnehmer, wenn möglich sogar kosten- los, zur Verfügung gestellt, z. B. über das Internet oder in Echtzeit über geeignete Informationseinrichtungen in den Fahrzeugen. Die angesprochenen Verteilungen werden ständig aktualisiert und gegebenenfalls neu aufbereitet im Falle neu aufgetretener äußerer Einflüsse (z.B. neue Baustellen etc.). Damit erhält der Nutzer eine Wahrscheinlichkeitsaussage für etwa die Strecke Regensburg - München, Abfahrt Freitag, 9.00 Uhr, usw. Die Beachtung dieser Wahr- scheinlichkeitsaussagen ist nun wichtiger Bestandteil des Gesamtsystems. Die Vermeidung von Strecken mit großer Wahrscheinlichkeit für längere Fahrzeiten zu bestimmten Zeiten führt zu einer Verlagerung der Staus. Durch die Aktualisierung der Verteilungen durch neue Satellitendaten erfolgt eine Art Rückkopplung des Systems bzw. ein Ist-Soll-Vergleich. Damit reguliert sich das System selbst ein und nähert sich dem Optimum an, d.h. das System und damit auch das Verfahren ist lernfähig oder selbstlernend. Diese Einregelung ist der grundlegende Vorteil des neuen Verfahrens. Tendenzen zu chaotischem Verhalten bzw. auch Schwing- verhalten können durch einen Dämpfungsfaktor verhindert werden. Der Dämpfungsfaktor bestimmt das Maß, mit dem die alten Satellitendaten durch neue ersetzt werden.Systems are collected centrally. On an underlying digital map, time-dependent probability distributions for the travel times are calculated for the road sections from the coordinates and associated times. These time-dependent probability distributions are made available to every road user, if possible even free of charge. B. on the Internet or in real time via suitable information facilities in the vehicles. The distributions mentioned are constantly updated and, if necessary, reprocessed in the event of new external influences (e.g. new construction sites etc.). This gives the user a probability statement for the Regensburg - Munich route, departure Friday, 9:00 a.m., etc. Observing these probability statements is now an important part of the overall system. Avoiding routes with a high probability of longer travel times at certain times leads to a shift in traffic jams. By updating the distributions with new ones Satellite data is a kind of feedback of the system or an actual-target comparison. In this way, the system regulates itself and approaches the optimum, ie the system and thus the process is capable of learning or self-learning. This regulation is the fundamental advantage of the new procedure. A damping factor can prevent tendencies towards chaotic behavior or vibrational behavior. The damping factor determines the degree to which the old satellite data are replaced by new ones.
Zur Durchführung dieses Systems und Verfahrens genügt es, dass nur ein Teil der LKWs mit Messsystemen ausgerüstet ist. Darüber hinaus ist die Messgenauigkeit von geringerer Bedeu- tung als in juristisch verwertbaren Datenstrukturen wie etwa der Mautsysteme. Damit lassen sich die gegenwärtigen GPS-Daten mit der bekannten Genauigkeit durchaus verwenden, da wie angesprochen die Erstellung von Wahrscheinlichkeiten eine gewisse Fehlertoleranz aufweist.To implement this system and method, it is sufficient that only some of the trucks are equipped with measuring systems. In addition, the measurement accuracy is of less importance than in legally usable data structures such as toll systems. This means that the current GPS data can be used with the known accuracy because, as mentioned, the creation of probabilities has a certain fault tolerance.
Wesentlicher Bestandteil dieses Ausführungsbeispiels des Systems und Verfahrens zur Optimierung von Beförderungsaufgaben ist, wie oben angesprochen, der Einfluss der Verteilungen auf das Fahrverhalten der Nutzer. Ausgehend von der Annahme, dass der LKW- Verkehr ein wesentliches Faktum für den Verkehrsfluss darstellt, ist die LKW-Tourenplanung von größter Bedeutung.As mentioned above, an essential component of this exemplary embodiment of the system and method for optimizing transport tasks is the influence of the distributions on the driving behavior of the users. Based on the assumption that truck traffic is an essential factor in the flow of traffic, truck tour planning is of the utmost importance.
Die bisherige Tourenplanung bzw. -Optimierung bezieht sich auf rein deterministische Daten, z. B. von A nach B genau 60 Minuten. Damit ist die Einbeziehung von Verkehrsstaus nicht möglich. Das Verfahren und System zur Optimierung von Beförderungsaufgaben gemäß dem vorliegend betroffenen Ausführungsbeispiel beinhaltet eine Tourenoptimierung, die auf den angesprochenen zeitabhängigen Wahrscheinlichkeitsverteilungen für die Fahrzeiten von A nach B beruht. In physikalischen, stochastischen bzw. genetischen Algorithmen kann hierfür die Verteilung für eine gesamte Tour berechnet werden. Dieses Verfahren ist zeitaufwendig und ist im Falle kurzer Antwort-Zeiten oder kurzfristig erforderlicher Antworten durch eine Behandlung der Momente der Verteilung zu ersetzen. Einfachstes Verfahren ist die Verwen- düng der mittleren Fahrzeit und die Standardabweichung, d. h. der Fehlerbalken. Auf dieserThe previous route planning and optimization relates to purely deterministic data, e.g. B. from A to B exactly 60 minutes. It is therefore not possible to include traffic congestion. The method and system for optimizing transport tasks in accordance with the exemplary embodiment concerned in the present case includes route optimization which is based on the time-dependent probability distributions for the travel times from A to B mentioned. The distribution for an entire tour can be calculated for this in physical, stochastic or genetic algorithms. This procedure is time-consuming and must be replaced in the case of short response times or short-term required responses by treating the moments of the distribution. The simplest method is the use of the average travel time and the standard deviation, i. H. the error bar. On this
Ebene können auch "einfachere" Optimierungsverfahren wie etwa der Savings- Algorithmus herangezogen werden. Als Endergebnis erhält man in der Optimierung nicht mehr nur die optimale Fahrzeit bzw. die optimalen Kosten, sondern eine mittlere Fahrzeit bzw. mittlere Kosten und eine Risikoabschätzung z. B. etwa mit 10% Wahrscheinlichkeit einer Fahrzeitverlängerung um 30 Minuten etc. Damit kann der Anwender (Spediteur oder Fahrer) zwischen verschiedenen Risikoszenarien wählen. Dies entspricht in etwa analog der Risikoabschätzung für die Portfolio-Erstellung am Aktienmarkt. Ergebnis der Einführung dieser wahr- scheinlichkeitsorientierten Tourenplanung ist, dass LKWs staugefährdete d. h. risikobehaftete Strecken zu den entsprechenden Zeiten meiden können und zum Vorteil aller beteiligten werden. Damit ist das beschriebene System in sich schlüssig. Es wird nach einer Einschwingphase eine möglichst optimale Auslastung des Verkehrsnetzes herbeiführen.At the level, "simpler" optimization methods such as the savings algorithm can also be used. The end result in the optimization is no longer just the optimal travel time or the optimal costs, but an average travel time or average costs and a risk assessment z. B. with a 10% probability of an extension of the journey time by 30 minutes etc. This allows the user (forwarder or driver) to choose between different risk scenarios. This roughly corresponds to the risk assessment for portfolio creation on the stock market. Result of the introduction of this true Probability-based route planning is that trucks can avoid jam-prone, ie risky routes at the appropriate times and will benefit everyone involved. The system described is thus conclusive in itself. After a settling phase it will bring about the best possible utilization of the transport network.
Selbstverständlich ist das System auch auf weitere Verkehrsträger bzw. auch deren Verbund umsetzbar.Of course, the system can also be implemented on other modes of transport or their network.
Eine Verallgemeinerung des vorstehend behandelten Ausführungsbeispiels besteht in der An- wendung der wahrscheinlichkeitsorientierten Optimierung auf Produktionsprozesse. Ein Teil- prozess dauert nun nicht mehr deterministisch 10 Minuten, sondern die entsprechende Wahrscheinlichkeitsverteilung wird Grundlage der Optimierung. Damit ergibt sich eine Anwendung des neuen Verfahrens auf fast alle Fälle deterministischer Optimierung.A generalization of the exemplary embodiment dealt with above consists in the application of the probability-oriented optimization to production processes. A sub-process no longer takes 10 minutes deterministically, but the corresponding probability distribution becomes the basis of the optimization. This results in an application of the new method to almost all cases of deterministic optimization.
Nun wird auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eingegangen, das ein Verfahren und System zur Optimierung von Beförderungsaufgaben mit einer Lernfähigkeit betrifft. Mit diesem lernfähigen Verfahren und System zur Optimierung von Beförderungsaufgaben kann die optimale Auslastung beispielsweise eines Verkehrsnetzes erzielt werden. Dieses neue Verfahren und System basiert auf erfinderischen Erkenntnissen in der Algorithmenerstellung, die es ermögli- chen, zeitabhängige Wahrscheinlichkeiten in eine Tourenoptimierung einzubeziehen. Diese zeitabhängigen Wahrscheinlichkeiten basieren auf Messungen des Verkehrsflusses. Die Lernfähigkeit beruht auf einem Soll-Ist- Vergleich mit den gemessenen Daten. Der LKW- Verkehr wird dahingehend beeinflusst, dass die Hauptgründe für Staus eliminiert werden. Das Gesamtsystem ist von großem volkswirtschaftlichen Nutzen, der sich noch erhöht, wenn eine möglichst flächendeckende Einführung erreicht wird. Für den einzelnen Anwender, wie beispielsweise Speditionsunternehmer, ergibt sich eine Verbesserung der betriebswirtschaftlichen Situation auch schon bei isolierter Einführung, da er sich der Verkehrssituation optimal anpassen kann. Die benötigten Verkehrsdaten sind zum Teil schon jetzt vorhanden.A further exemplary embodiment is now discussed, which relates to a method and system for optimizing transport tasks with a learning ability. With this adaptable procedure and system for the optimization of transport tasks, the optimal utilization of a traffic network, for example, can be achieved. This new method and system is based on inventive findings in algorithm generation, which make it possible to include time-dependent probabilities in route optimization. These time-dependent probabilities are based on measurements of the traffic flow. The ability to learn is based on a target-actual comparison with the measured data. Truck traffic is influenced in such a way that the main reasons for traffic jams are eliminated. The overall system is of great economic benefit, which will only increase if the most extensive possible introduction is achieved. For individual users, such as freight forwarding companies, there is an improvement in the business situation even with isolated introduction, since they can adapt to the traffic situation optimally. Some of the required traffic data is already available.
Für einen gewöhnlichen Verkehrsteilnehmer, der nur von A nach B möchte, werden bei seinerFor an ordinary road user who only wants to get from A to B, with his
Routenplanung vor allem zwei Kriterien relevant sein: Die voraussichtlich Fahrzeit und die Fahrtkosten. Indem er diese beiden Faktoren, jeweils gewichtet nach seinen persönlichen Bedürfnissen, gegeneinander aufwiegt, wird er schliesslich die Entscheidung für ein bestimmtes Verkehrsmittel und eine bestimmte Route fällen.Route planning can be relevant to two criteria in particular: the expected journey time and the travel costs. By balancing these two factors, each weighted according to his personal needs, he will ultimately make the decision for a specific mode of transport and a specific route.
Ein Speditionsunternehmen, welches seine LKW zu bestimmten Zielen hinschicken muss, um die Kundenaufträge zu erfüllen, und zu diesem Zweck die Fahrten seiner LKW planen will, steht vor einem deutlich schwierigeren Problem. Soweit es die Beladungskapazitäten der LKW es zulassen, sollten aus Kostengründen in einer Fahrt gleich mehrere Ziele angefahren werden, d. h. die LKW sind gewöhnlich auf längeren Touren unterwegs. Zudem kann das Unternehmen für einen LKW nach der Rückkehr von der ersten Tour noch weitere Touren vorsehen. Je mehr man die Standzeiten am Fuhrparkstandort verringern will, etwa um eine gute Auslastung der Fahrzeuge zu erzielen, desto wichtiger wird die Berechenbarkeit des Zeitbedarfs für jede einzelne Tour, welcher sich aus den Fahrtzeiten und den Aufenthaltsdauern bei den Kunden zusammensetzt. Diese Zeitplanung wird noch kritischer, wenn man bedenkt, dass die meisten Aufträge innerhalb eines oder mehrerer Zeitfenster zu erledigen sind.A freight forwarding company that has to send its trucks to certain destinations in order to fulfill customer orders and wants to plan the trips of its trucks for this purpose, faces a much more difficult problem. As far as the loading capacities of the trucks allow, several destinations should be approached in one trip for cost reasons, ie the trucks are usually on longer trips. In addition, the company can provide additional tours for a truck after returning from the first tour. The more you want to reduce downtimes at the fleet location, for example in order to achieve a good utilization of the vehicles, the more important it is to calculate the time required for each individual tour, which is made up of the travel times and length of stay at the customer. This scheduling becomes even more critical when you consider that most jobs need to be completed within one or more time slots.
Das Speditionsunternehmen steht somit vor der Aufgabe, die einzelnen Kundenaufträge in geeigneter Weise auf die LKW des eigenen Fuhrparks zu verteilen und zu Touren zusammenzufassen sowie bei jeder Tour auf eine optimale Reihenfolge der Zielorte zu achten. Es muss also einen umfangreichen Tourenplan für die nahe Zukunft aufstellen. In der Praxis sind dabei manchmal weitere Restriktionen zu beachten, etwa weil nicht jeder LKW für jeden Auftrag geeignet ist.The freight forwarding company is therefore faced with the task of distributing the individual customer orders in a suitable manner to the trucks in their own fleet and combining them into tours, and ensuring that the destinations are in the best order for each tour. So it has to draw up an extensive tour schedule for the near future. In practice, other restrictions are sometimes to be observed, for example because not every truck is suitable for every job.
Jedes Speditionsunternehmen ist natürlich darauf bedacht, unnötige Kosten zu vermeiden. Die Voraussetzung für einen insgesamt kostengünstigen Tourenplan, welcher alle Aufträge erfüllt und allen Nebenbedingungen genügt, ist somit auch in diesem Fall die Kenntnis der Fahrtzeiten und Fahrtkosten von allen in Frage kommenden Fahrten. Jedoch ist man bei der Erstellung eines Tourenplans wegen der Komplexität dieser Problematik auf einen unkomplizierten und schnellen Zugriff auf alle relevanten Daten (Fahrzeugeigenschaften, Auftragsdaten, Fahrt- zeit- und Fahrtkostenangaben, usw.) angewiesen, was durch die Verwendung spezieller Tou- renplanungssoftware bereitgestellt werden kann. Will man die Suche nach der besten Lösung gleich ganz dem Computer überlassen, so ist man auf heuristische Optimierungsverfahren angewiesen, da exakte Verfahren wegen der Komplexität überfordert sind.Of course, every forwarding company is careful to avoid unnecessary costs. The prerequisite for an overall inexpensive tour plan, which fulfills all orders and satisfies all ancillary conditions, is also in this case knowledge of the travel times and travel costs of all trips in question. However, due to the complexity of this problem, you have to rely on uncomplicated and quick access to all relevant data (vehicle properties, order data, travel time and travel costs, etc.) when creating a tour plan, which is provided by the use of special tour planning software can. If you want to leave the search for the best solution entirely to the computer, you have to rely on heuristic optimization methods, because exact methods are overwhelmed due to the complexity.
Zeitabhängigkeit der StreckendatenTime dependency of the route data
Die Fahrtzeit für eine beliebige Fahrt von A nach B kann nur in erster Näherung aus der Strek- kenlänge, dem Straßentyp (Autobahn, Bundesstraße, Landstraße, usw.), der (gesetzlich erlaubten) Geschwindigkeit des Fahrzeugs und anderen zeitlich konstanten Faktoren berechnet werden. Oftmals wird das eigene Vorankommen im Verkehr durch die Anwesenheit anderer Ve- rkehrsteilnehmer behindert. Sind besonders viele Verkehrsteilnehmer auf der Straße unterwegs, kann es sogar zum Stillstand, also zu Stau, kommen. Folglich lässt sich die Fahrtzeit genauer vorhersagen, wenn man Daten über das zu erwartende Verkehrsaufkommen mit in seine Planungen einbezieht. Bei dichtem Verkehr, also bei Staugefahr, wird die Durchschnittsgeschwindigkeit der der Fahrzeuge wohl etwas nach unten zu korrigieren sein. Bei sehr wenig Verkehr, also bei "freier Fahrt", kann man hingegen mit der (zulässigen) Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeugs kalkulieren. Da das Verkehrsaufkommen im Laufe ei- nes Tages starken Schwankungen unterliegt, hat man es mit zeitabhängigen Fahrtzeiten zu tun. Ferner kann das Verkehrsaufkommen auf einzelnen Streckenabschnitten ganz unterschiedlich ausfallen. Es ist daher möglich, dass je nach Tageszeit ganz unterschiedliche Routen für die Fahrt von A nach B optimal sind.The travel time for any journey from A to B can only be calculated as a first approximation from the route length, the type of road (highway, federal road, country road, etc.), the (legally permitted) speed of the vehicle and other factors that are constant over time. Your own progress in traffic is often hampered by the presence of other road users. If a particularly large number of road users are on the road, there may even be a standstill, i.e. a traffic jam. As a result, the travel time can be predicted more precisely if one includes data on the expected traffic volume includes his planning. In heavy traffic, so there is a risk of traffic jams, the average speed of the vehicles will probably have to be corrected slightly downwards. With very little traffic, ie with "free travel", you can calculate with the (permissible) maximum speed of the vehicle. Since the volume of traffic fluctuates greatly during the day, you have to deal with time-dependent travel times. Furthermore, the volume of traffic on individual sections of the route can be very different. It is therefore possible that, depending on the time of day, very different routes are optimal for driving from A to B.
Lediglich als illustrative Beispiele sind in den Fig. 1 und 2 Verkehrsflussprognosen für München um 22.00 Uhr bzw. um 9.00 Uhr dargestellt. Diese Darstellung ist soweit selbsterklärend und für jeden Fachmann im Zusammenhang mit der vorliegenden Beschreibung verständlich.1 and 2 show traffic flow forecasts for Munich at 10 p.m. and 9 a.m. only as illustrative examples. To this extent, this representation is self-explanatory and understandable for any person skilled in the art in connection with the present description.
Bei den Fahrkosten verhält es sich zunächst genauso wie mit den Fahrtzeiten - jedenfalls wenn man von Betriebskosten pro Zeit ausgeht. Allerdings muss man ab der Einführung einer Maut für die Fahrt auf manchen Strecken(abschnitten) zusätzliche Kosten einkalkulieren, welche proportional zur Streckenlänge und abhängig von Fahrzeugeigenschaften sind. Es gibt Überlegungen, das Mautsystem, für dessen Einführung zunächst vor allem finanzielle Gründe angeführt werden, so zu erweitern, dass über dieses auch eine Verkehrssteuerung möglich ist. Beispielsweise könnte man das Sonntagsfahrverbot abschaffen und zum Ausgleich an diesen Tagen erhöhte Mautgebühren berechnen. Ebenso denkbar ist eine tageszeitabhängige Ver- kehrssteuerung, indem man mit höheren Gebühren zu Stoßzeiten die Autobahnen zugunsten des PKW- Verkehrs zu entlasten versucht und gleichzeitig mit niedrigen Gebühren einen Anreiz für Nachtfahrten schafft. Dies könnte vielleicht zu einer ausgeglicheneren Auslastung der Straßenkapazitäten führen.The travel costs are initially the same as the travel times - at least if you assume operating costs per time. However, from the introduction of a toll for the journey on some routes (sections) one has to calculate additional costs, which are proportional to the route length and depending on vehicle characteristics. There are considerations to expand the toll system, for the introduction of which primarily financial reasons are given, so that traffic control is also possible via it. For example, one could abolish the Sunday driving ban and charge increased tolls to compensate for these days. It is also conceivable to control the traffic according to the time of day by trying to relieve the highways in favor of car traffic at higher times and at the same time create an incentive for driving at night with low fees. Perhaps this could lead to more balanced utilization of road capacities.
Risikorisk
Weil Speditionsunternehmen manchmal Terminvereinbarungen einzuhalten haben, kommt zu der angestrebten Minimierung der Fahrtzeiten bzw. Fahrtkosten oft noch der Wunsch hinzu, die mit dem Kunden vereinbarte Ankunftszeit mit möglichst hoher Sicherheit einhalten zu können. Bei solchen Termingeschäften kann man keineswegs davon ausgehen, dass sich auf lange Sicht zu späte und zu frühe Ankunftszeiten in der Kostenbilanz ausgleichen, weil beide Fälle kostenmäßig völlig unterschiedlich zu bewerten sind. Ein Zuspätkommen beim Kunden kann hohe Folgekosten für das Speditionsunternehmen nach sich ziehen. Aus einer zu frühen Ankunft kann es hingegen keinen Nutzen ziehen, wenn der LKW dann nur länger auf seine Abfertigung warten muss. In solchen Fällen stellt es ein großes Risiko dar, beispielsweise am Freitagnachmittag zwischen 13.00 und 15.00 wegen des zähflüssigen Verkehrs von Regensburg nach München zu fahren und sich dabei nur auf die vorhergesagte mittlere Fahrzeit zu verlassen. Man muss in diesem Zusammenhang bedenken, dass die Verkehrsmodelle aus den prognostizierten Verkehrsstärken oft nur eine Stauwahrscheinlichkeit ableiten können - hat man also Glück, kann man zügig durchfahren, hat man Pech, gerät man in einen Stau.Because forwarding companies sometimes have to make appointments, the desired minimization of travel times and travel costs is often accompanied by the desire to be able to meet the arrival time agreed with the customer with the greatest possible security. In the case of such forward transactions, it can in no way be assumed that in the long run, late and early arrival times will balance each other out in the cost balance sheet, because the two cases are to be valued completely differently in terms of cost. A late arrival at the customer can result in high follow-up costs for the forwarding company. On the other hand, if the truck arrives too early, there can be no benefit if the truck only has to wait a little longer for it to be processed. In such cases, it poses a great risk, for example on Friday afternoon between 1:00 p.m. and 3:00 p.m. to drive from Regensburg to Munich due to the slow traffic and only to rely on the predicted average travel time. In this context, you have to consider that the traffic models can often only derive a probability of a traffic jam from the forecast traffic volumes - so if you are lucky, you can drive through quickly, you are unlucky, if you get stuck in a traffic jam.
Lediglich als illustrative Beispiele sind in den Fig. 3 und 4 Wahrscheinlichkeitsverteilungen für die Fahrtzeit derselben Strecke zu unterschiedlichen Uhrzeiten dargestellt. Außerhalb der Stoßzeiten, für die ein Beispiel in der Fig. 3 gezeigt ist, ist die mittlere Fahrtzeit niedriger und die Streuung kleiner, wie das Beispiel der Fig. 4 verdeutlicht.3 and 4, probability distributions for the travel time of the same route at different times are shown only as illustrative examples. Outside the peak times, for which an example is shown in FIG. 3, the average travel time is lower and the scatter is smaller, as the example of FIG. 4 illustrates.
Die Fahrtzeit für jede Straßenverbindung sollte, wenn man keine wichtigen Informationen verlieren will, folglich in Gestalt einer zeitabhängigen Verteilung angegeben werden. Solche Verteilungen erhält man durch eine statistische Auswertung von gemessenen Verkehrsdaten. Je größer die Schwankungen bei den gemessenen Fahrtzeiten sind, desto breiter fällt die Verteilung für die Fahrzeit aus. Der Mittelwert dieser Verteilung ist die mittlere Fahrtzeit. Ihre Breite kann als Maß für die Unscharfe bzw. Ungenauigkeit der Fahrtzeit betrachtet werden und sollte ebenfalls bei der Tourenplanung berücksichtigt werden.If no important information is to be lost, the travel time for each road connection should therefore be given in the form of a time-dependent distribution. Such distributions are obtained by statistical analysis of measured traffic data. The greater the fluctuations in the measured travel times, the broader the distribution for the travel time. The average of this distribution is the average journey time. Their width can be viewed as a measure of the blurring or inaccuracy of the travel time and should also be taken into account when planning the tour.
Auf Grundlage dieser Wahrscheinlichkeitsangaben kann man einen Tourenplan aufstellen, bei dem das Risiko gering ist, Terminvereinbarungen nicht einhalten zu können, z. B. indem man geplante Abfahrtszeiten von Touren entsprechend vorverlegt, innerhalb von Touren die Reihenfolge der Ziele verändert, oder für einige Fahrten andere Routen wählt. Das Speditionsunternehmen selber kann entscheiden, in welchem Maße es das Risiko verringern und dafür hö- here Kosten in Kauf nehmen will.Based on this probability information, you can draw up a tour plan where the risk of not being able to meet appointments is low, e.g. For example, by moving planned departure times for tours accordingly, changing the order of destinations within tours, or choosing different routes for some trips. The shipping company can decide to what extent it wants to reduce the risk and accept higher costs.
Rückkopplung - lernfähiges System/VerfahrenFeedback - adaptive system / procedure
Der Einsatz der beschriebenen Verfahren wird dazu führen, dass die LKW Straßen mit hoher Stauwahrscheinlichkeit vermeiden werden. In der Folge wird sich der Verkehr auf bisher weniger belastet Regionen und Zeiten verlagern. Dies kann dazu führen, dass neue Staus entstehen. In den nächsten Tourenplanungen werden diese neuen Situationen jedoch berücksichtigt. Damit ergibt sich erneut eine Verlagerung der Verkehrssituation, die wiederum zu einer geänderten Tourenplanung führt. Das System reagiert somit sowohl auf Verbesserungen als auch Verschlechterungen der Gesamtsituation. Damit ergibt sich eine iterative Annäherung an die optimale Ausnutzung des Verkehrsnetzes. Um eine möglichst flächendeckende Anwendung der Erfindung zu erreichen, kann nicht nur ein eigenständiges Tourenplanungsprogramm zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie als Bestandteil eines erfindungsgemäßen Systems jeweils zur Optimierung von Beförderungsaufgaben auf den Markt gebracht werden, das in Konkurrenz zu den etablierten Programmen tritt, sondern kann die Erfindung auch in bereits etablierte Tourenplanungsprogramme, -system und -verfahren eingebaut werden.The use of the described methods will result in the truck avoiding roads with a high probability of traffic jams. As a result, traffic will shift to less stressed regions and times. This can lead to new traffic jams. However, these new situations will be taken into account in the next tour planning. This again results in a shift in the traffic situation, which in turn leads to a changed route planning. The system thus reacts to both improvements and deteriorations in the overall situation. This results in an iterative approximation to the optimal use of the transport network. In order to achieve the broadest possible application of the invention, not only an independent tour planning program for implementing the method according to the invention and as part of a system according to the invention for optimizing transport tasks can be brought onto the market, which competes with the established programs, but can Invention can also be incorporated into already established route planning programs, systems and procedures.
Insbesondere ist es möglich, bereits ermittelte Verkehrsprognosen in die Erfindung einzube- ziehen. Ferner ist eine Verbindung zu schon vorhandenem digitalen Kartenmaterial möglich. Weiterhin können schon vorhandene insbesondere flächendeckende, zuverlässige Erfassungen von Verkehrsflussinformationen einbezogen werden. Solche Daten und Informationen, ungeachtet dessen, ob sie schon vorhanden oder noch zu beschaffen sind, sind vorzugsweise aus mehreren unterschiedlichen Quellen, wie z. B. Verkehrszählstellen (beispielsweise landes- oder europaweit), Verkehrsprognosen, digitale Karten, Straßenbauplanungen, etc.In particular, it is possible to include traffic forecasts that have already been determined in the invention. A connection to existing digital map material is also possible. Furthermore, existing, in particular comprehensive, reliable recordings of traffic flow information can be included. Such data and information, regardless of whether they already exist or are yet to be obtained, are preferably from several different sources, such as. B. Traffic counting points (for example, nationwide or Europe-wide), traffic forecasts, digital maps, road construction planning, etc.
Nachfolgend wird noch ein weiteres Ausführungsbeispiel näher beschrieben.A further exemplary embodiment is described in more detail below.
Herangezogen wird beispielsweise der LKW- Verkehr auf Autobahnen in Deutschland. Diese angenommene exemplarische Situation ist aber auch verallgemeinerbar für alle Straßen und auch für nur oder unter Einbeziehung von PKWs.For example, truck traffic on highways in Germany is used. However, this assumed exemplary situation can also be generalized for all roads and also for only or with the inclusion of cars.
Ferner wird bei diesem Beispiel ausgegangen von einem lernfähigen Gesamtsystem, wobei eine Datenerhebung beispielsweise durch ein Mautsystem, wie z. B. Toll-Collect in Deutschland, auf der Basis eines allgemein satellitengestützten Systems erfolgt, wie es zum gegenwär- tigen Zeitpunkt üblich ist. Dabei wird GPS verwendet, dessen Grundlagen als allgemein bekannt vorausgesetzt und daher hier nicht mehr gesondert erläutert werden, und es werden in einem Zentralrechner Daten über den Zeitpunkt gesammelt, wenn ein bestimmter LKW einen gewissen Autobahnabschnitt befährt. Daraus wird dann die Reisezeit für den Abschnitt berechnet. Für verschiedene Tageszeiten, Wochentage, unterschiedliche Jahreszeiten etc. wird jeweils ein Histogramm erstellt. Aus diesen Histogrammen wiederum werden Wahrscheinlichkeitsverteilungen erstellt, die in ein Verkehrsprognoseprogramm eingegeben und mit der Realität verglichen werden. Daraus erhält man Wahrscheinlichkeitsangaben für den "Wahrheitsgehalt" und somit eine Wahrscheinlichkeitsverteilungen. Beispielsweise können basierend auf solchen Wahrscheinlichkeitsverteilungen Tourenpläne erstellt werden.Furthermore, in this example it is assumed that there is an overall system capable of learning, with data being collected, for example, by a toll system, such as, for. B. Toll-Collect in Germany, on the basis of a generally satellite-based system, as is customary at the current time. GPS is used here, the basics of which are assumed to be generally known and therefore are no longer explained separately here, and data is collected in a central computer about the time when a certain truck drives on a certain section of the motorway. The travel time for the section is then calculated from this. A histogram is created for different times of the day, days of the week, different seasons, etc. In turn, these histograms are used to create probability distributions, which are entered into a traffic forecast program and compared with reality. From this one obtains probability information for the "truth content" and thus a probability distribution. For example, route plans can be created based on such probability distributions.
Tourenplanung - Definition Eine Tourenplanung liegt vor, wenn eine Spedition mit nur einem Auftrag (nur ein LKW) Fahrparameter festlegt, bis hin zu dem Fall, dass eine Spedition mit gewisser Anzahl von LKWs, die gewisse Anzahl von Aufträgen auszuführen haben, den gesamten Fuhrpark und alle Aufträge in optimierender Weise plant, organisiert und/oder managt.Route planning - definition A tour planning exists if a forwarding agency specifies driving parameters with only one order (only one truck), up to the case that a forwarding agency with a certain number of trucks that have a certain number of orders have to carry out the entire fleet and all orders in plans, organizes and / or manages in an optimizing manner.
Mehrere Aufträge nacheinander sind möglich. Auch gibt es branchennützlich Nebenbedingun- gen (Zeitfenster, Arbeitstag, etc.). Touren umfassen daher jedenfalls auch einen einzelnen LKW, der etwa von Frankfurt nach München fährt, aber auch einen komplizierten Fuhrpark, wie etwa zur Heizölausfuhr.Multiple orders in succession are possible. There are also secondary conditions that are useful for the industry (time window, working day, etc.). In any case, tours therefore include a single truck that travels from Frankfurt to Munich, for example, but also a complex fleet, such as for fuel oil export.
Der erfinderische Fortschritt besteht beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wiederum darin, dass statt einer deterministischen Aussage über eine Fahrzeit von A nach B wie bisher gemäß der Erfindung eine Wahrscheinlichkeitsaussage erfolgt. Ferner sind Optimierungsverfahren implementiert, wie beispielsweise physikalische Verfahren, wie z.B. Simulated Annealing, Threshold Accepting, Great Deluge (Sintflut), Genetische Algorithmen, Savings- Algorithmen mit oder ohne nachgeschaltetem Bouncing ("Bouncing"-Verfahren) (man nimmt die Lösung beispielsweise des Savings- Algorithmus als Startkonfiguration für das Bouncing- Verfahren, das später näher beschrieben wird). Savings- Algorithmen alleine liefern eher unzureichende Lösungen, so dass vorzugsweise oder erforderlichenfalls eine Verbesserung mit Bouncing ba- sierend auf einem physikalischem Algorythmus (Simulated Annealing, etc.) vorgesehen und erreicht wird, was eine Optimierung mit Wahrscheinlichkeiten bedeutet.The inventive step in the present exemplary embodiment again consists in the fact that instead of a deterministic statement about a travel time from A to B, a probability statement is made according to the invention as before. Optimization methods are also implemented, such as physical methods, e.g. Simulated annealing, threshold acceptance, Great Deluge (deluge), genetic algorithms, savings algorithms with or without subsequent bouncing ("bouncing" method) (one takes the solution, for example, of the savings algorithm as a starting configuration for the bouncing method, which later is described in more detail). Savings algorithms alone provide rather inadequate solutions, so that an improvement with bouncing based on a physical algorithm (simulated annealing, etc.) is preferably provided and achieved, which means optimization with probabilities.
Mit einer solchen Tourenplanung oder -Optimierung erhält man als Resultat eine Wahrscheinlichkeitsverteilung für die Gesamtkosten, wofür in der Fig. 5 ein illustratives Beispiel gezeigt ist. Für die Gesamtkosten erfolgt eine Risikoabschätzung vorzugsweise mitWith such a route planning or optimization, the result is a probability distribution for the total costs, for which an illustrative example is shown in FIG. 5. For the total costs, a risk assessment is preferably carried out with
"Value-at-Risk" -Verfahren ("Value-at-Risk": VaR), d. h. entsprechend der Fläche unter der Kurve, wie die illustrative Darstellung der Fig. 6 verdeutlicht. Dabei bedeutet die der Fig. 6 zu entnehmende Aussage "VaR 99": mit 1 % Wahrscheinlichkeit diese Kosten, analog würde die Aussage "VaR 95": mit 5 % Wahrscheinlichkeit diese Kosten bedeuten, etc. Damit kann eine Auswahl der subjektiv besten Touren durch Spezifikation, wie risikofreudig, konventionell etc., wie z. B. bei Aktienportfolien erfolgen."Value-at-Risk" procedure ("Value-at-Risk": VaR), d. H. corresponding to the area under the curve, as the illustrative illustration of FIG. 6 illustrates. 6 means "VaR 99": with 1% probability these costs, analogously the statement "VaR 95": with 5% probability would mean these costs, etc. This enables a selection of the subjective best tours Specification of how willing to take risks, conventional, etc., such as B. with equity portfolios.
Nachfolgend werden Grundzüge der Lernfähigkeit erläutert. Dabei wird davon ausgegangen, dass das System flächendeckend beispielsweise von einer großen Anzahl von Speditionen ge- nutzt wird. Die Realität ist, dass LKWs heute Touren für gegebene bzw. prognostizierte Verkehrssituationen fahren. Dies bedeutet eine Beeinflussung der vorhandenen Verkehrssituationen, insbesondere in der Weise, dass bisherige Staus verschwinden. Eine Folge davon ist aber, dass neue Staus an anderen Orten und zu anderen Zeiten entstehen. Es gibt somit eine Wechselwirkung zwischen LKW-Tourenplanung und Verkehrssituationen. Darauf basiert das und dies optimiert selbständig die Lernfähigkeit des Gesamtsystems. Immer wieder neue und aktuelle GPS-Daten führen automatisch zu einer Veränderung der Wahrscheinlichkeiten, was wiederum neue Tourenpläne ermöglicht, indem veränderte Tourenpläne nach neuen Verkehrssituationen erstellt werden. Die Regelmechanismen entstammen dabei dem ständigen Vergleich der Wahrscheinlichkeiten und Wahrscheinlichkeitsverteilungen mit der Realität und beinhalten ein ständiges "Nachjustieren" durch neue Tourenpläne. Es handelt sich dabei z. B. um ein Gradienten verfahren insbesondere beim Gesamtverkehr oder nur LKWs, wie es schematisch verdeutlichend durch die Darstellung in der Fig. 7 repräsentiert ist. Dabei nähert sich das System sukzessive einem Gesamtoptimum an.Basics of learning ability are explained below. It is assumed that the system will be used across the board, for example by a large number of freight forwarders. The reality is that today trucks drive tours for given or predicted traffic situations. This means influencing the existing traffic situations, in particular in such a way that previous traffic jams disappear. One consequence of this is that new traffic jams occur in other places and at different times. There is therefore an interaction between truck tour planning and traffic situations. This is based on this and this independently optimizes the learning ability of the overall system. Always new and current GPS data automatically lead to a change in the probabilities, which in turn enables new tour plans by creating changed tour plans according to new traffic situations. The control mechanisms originate from the constant comparison of the probabilities and probability distributions with reality and include a constant "readjustment" through new tour plans. It is e.g. B. move around a gradient, in particular in the case of total traffic or only trucks, as is illustrated schematically by the illustration in FIG. 7. The system gradually approaches an overall optimum.
In Fortbildung des vorliegend behandelten Ausführungsbeispiels kann eine weitere Verbesserungen des Systems beispielsweise durch Integration einer oder Kombination mit einer zeitabhängigen Maut erreicht werden. So können Strecken, auf denen etwa ständig oder zu bestimmten Zeiten Staus auftreten, entsprechend zeitabhängig mit einer zusätzlichen verkehr- saufkommensabhängigen Maut belegt werden.In a development of the exemplary embodiment dealt with here, further improvements to the system can be achieved, for example, by integrating one or a combination with a time-dependent toll. For example, routes on which traffic jams occur continuously or at certain times can be subject to an additional traffic-related toll depending on the time.
Die Berechnungen solcher Situationen kann durch die wie oben erstellten Wahrscheinlichkeitsverteilungen erfolgen. Dabei wird der Zusammenhang zwischen Verkehrsdichte einerseits und Fahrzeiten oder Geschwindigkeiten andererseits ausgenutzt, wie für sich genommen als Vorgehensweise bereits bekannt ist. Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass es ggf. am besten ist, die Maut von der Verkehrsdichte berechnen (einfachster Vorschlag: Linearer Zusammenhang). Weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten bestehen darin, die (zeitabhängige) Maut je nach erzielter Wirkung zu verändern, wie z. B. sukzessive langsam zu erhöhen, etc. Weiterhin ermöglicht das erfindungsgemäße System und Verfahren ein Ausweichen von prognostizierten Problemfällen (Staus etc., großes Verkehrsaufkommen etc.), d.h. stärkeres Abweichen vom Normalfall. Bevorzugt kann die Maut so gestaltet werden, dass Lkws diesen gefährdeten Stellen ausweichen. Eine Steuerung kann beispielsweise erfolgen durch z. B. geringere Maut, wenn ein gewisser Abschnitt nicht zu einer gewisser Zeit befahren wird, oder eine höhere Maut für gefährdete Stellen. Der größte Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens und Systems zur Optimierung von Beförderungsaufgaben besteht ein der Lernfähigkeit. Diese wird ganz wesentlich gestützt, wenn sich LKWs an prognostizierten Wahrscheinlichkeiten orientieren.Such situations can be calculated using the probability distributions created as above. The relationship between traffic density on the one hand and travel times or speeds on the other hand is used, as is already known as a procedure. In the context of the invention, it was recognized that it may be best to calculate the toll based on the traffic density (simplest proposal: linear relationship). Other design options are to change the (time-dependent) toll depending on the effect achieved, such as: B. Gradually increasing slowly, etc. Furthermore, the system and method according to the invention enables a evasion of predicted problem cases (traffic jams, etc., high traffic volume, etc.), that is to say a greater deviation from the normal case. The toll can preferably be designed in such a way that trucks avoid these vulnerable points. Control can take place, for example, by e.g. B. lower toll if a certain section is not traveled at a certain time, or a higher toll for vulnerable areas. The greatest advantage of the method and system according to the invention for optimizing transport tasks is learning ability. This is very much supported when trucks are based on predicted probabilities.
Eine Orientierung an Online-Daten (Echtzeit-Daten), wie sie gegenwärtig herangezogen werden, was somit als Stand der Technik anzusehen ist, führt nicht zu einem Lerneffekt. Trotzdem können solche Online-Daten (Echtzeit-Daten) in das erfindungsgemäße System und Verfahren integriert werden und zu einer noch weiteren Verbesserung beitragen. So gibt der erfindungsgemäße Aspekt von System und Verfahren gibt Wahrscheinlichkeiten an und geben die online-Daten die Realität an. Damit kann z. B. auch berücksichtigt werden, dass ein Stau tatsächlich an einer Stelle ist, obwohl für diese Stelle nur eine geringe Stauwahrscheinlichkeit ermittelt wurde.Orientation to online data (real-time data) as they are currently used, which is therefore to be regarded as state of the art, does not lead to a learning effect. Nevertheless, such online data (real-time data) can be integrated into the system and method according to the invention and contribute to a further improvement. The aspect of the system and method according to the invention specifies probabilities and the online data indicate the reality. So z. For example, it can also be taken into account that a traffic jam is actually at one point, although only a low probability of traffic jam was determined for this point.
Es folgen nun allgemeine Betrachtungen und Erläuterungen zum Verfahren und System zur Optimierung von Beförderungsaufgaben insgesamt sowie zu einzelnen Aspekten, soweit förderlich für das Verständnis, unter Bezugnahme auf Tourenplanungsproblemstellungen bei Speditionen.There now follow general considerations and explanations of the method and system for optimizing transport tasks as a whole, as well as individual aspects, as far as this is conducive to understanding, with reference to route planning problems for freight forwarders.
Lkw-Speditionen sind in Deutschland im wesentlichen mit Tourenplanungssystemen ausge- stattet. Diese basieren fast alle auf Savings- Algorithmen, im allgemeinen auf verschiedenen Stufen. Beispielsweise erfolgt dies folgendermaßen: Zuerst erfolgt eine Verteilung der Kunden auf LKWs. Dann erfolgt eine Optimierung der Gesamtlage. Danach erfolgt ein teilweises Abspalten von Nebenbedingungen, und zwar theoretisch nach dem Prinzip: "Devide and loose" (erst Kunden auf LKW und dann Tour planen). Damit ergibt sich eine Abweichung von Gesamtoptimum von z. B. fünf Prozent je nach Komplexität der Tourenplanung.Truck forwarding agencies in Germany are essentially equipped with route planning systems. Almost all of these are based on savings algorithms, generally at different levels. For example, this is done as follows: First, customers are distributed to trucks. Then the overall situation is optimized. This is followed by a partial splitting off of constraints, theoretically according to the principle: "Devide and loose" (first customers on a truck and then planning a tour). This results in a deviation from the total optimum of z. B. five percent depending on the complexity of the tour planning.
Durch die Erfindung erfolgt ein Ersetzen durch oder Ergänzen mit neue(n) Algorithmen. Insbesondere erhält man grundsätzlich eine Verbesserung der bisherigen Tourenplanung durch nachgeschaltete "Bouncing"-Verfahren. Zusätzliche Verbesserung bringt die Berücksichtigung der Wahrscheinlichkeitsverteilungen erst im "Bouncing", d.h. Savings-Lösung. In anderenThe invention is replaced by or supplemented with new algorithms. In particular, there is basically an improvement of the previous route planning through subsequent "bouncing" processes. The consideration of the probability distributions only brings additional improvement in "bouncing", i.e. Savings solution. In other
Worten bedeutet dies, man nehme Wahrscheinlichkeiten dazu, mache das Bouncing und erhalte erfindungsgemäße Endlösung.Words this means that you add probabilities, do the bouncing and get the final solution according to the invention.
Nun folgen erklärende Beschreibungen von Ausführungsbeispielen im Rahmen von Opti- mierungs verfahren: Wie bereits vorher erläutert wurde, werden vorzugsweise die Wahrscheinlichkeitsverteilungen zeitabhängig berücksichtigt. Diese Zeitabhängigkeit gilt dann natürlich auch für die Mittelwerte. Damit kann man ein vereinfachtes Verfahren erhalten: Statt gesamter Wahrscheinlichkeitsverteilungen werden nur Fehlerbalken verwendet/berücksichtigt, wie z. B. beim Simulated Annealing oder analog bei anderen Verfahren. Eine beispielhafte erläuternde mathematische Darstellung davon als Repräsentation einer Tour ist in der Fig. 8 gezeigt. Wesentliche Fortschritte gegenüber reinem Simulated Annealing ist, dass die Zeitabhängigkeit und die Fehlerbalken berücksichtigt werden.Explanatory descriptions of exemplary embodiments in the context of optimization processes now follow: As previously explained, the probability distributions are preferably taken into account as a function of time. This time dependency naturally also applies to the mean values. This enables a simplified procedure to be obtained: Instead of entire probability distributions, only error bars are used / taken into account, e.g. B. in simulated annealing or analogously in other methods. An exemplary explanatory mathematical representation thereof as a representation of a tour is shown in FIG. 8. Significant progress compared to pure simulated annealing is that the time dependency and the error bars are taken into account.
Die wesentliche Vereinfachung dieser Vorgehensweise besteht in dem zusätzlichen Term in der Kostenfunktion von Fehlerbalken; die Risikoabschätzung erfolgt jetzt durch den Fehlerbalken der Gesamtverteilung und nicht durch VaR, ist aber unter der Annahme einer Gaußver- teilung äquivalent. Wie bereits vorher erläutert wurde, sind die Wahrscheinlichkeitsverteilungen zeitabhängig, damit natürlich auch die Mittelwerte und die Feh- lerbalken. Somit bestehen Proportionalitätsfaktoren je zwischen bisherigen Kostenfunktionen Ko und Anteil Fehlerbalken F.The essential simplification of this procedure consists in the additional term in the cost function of error bars; risk assessment is now carried out by the error bar of the overall distribution and not by VaR, but is equivalent assuming a Gaussian distribution. As previously explained, the probability distributions are time-dependent, so of course the mean values and the error bars. Proportionality factors therefore exist between the previous cost functions Ko and the proportion of error bars F.
Wie erwähnt, erfolgt die Risikobewertung jetzt nicht mit Value-at-Risk, sondern Fehlerbalken. Dies wird durch die Grafik der Fig. 9 verdeutlicht. Der Ansatz ist bei einer Gaußverteilung richtig und analog beispielsweise der Markowitz-Theorie fürAs mentioned, the risk assessment is now done with error bars instead of value-at-risk. This is illustrated by the graphic in FIG. 9. The approach is correct for a Gaussian distribution and analogous to, for example, the Markowitz theory for
Aktienportfolios. Aus Proportionalitätsfaktoren γ (gamma) ergibt sich eine Risikofreundlichkeit etc. analog Markowitz. Demnach gilt für Aktien: Bei starken Abweichungen von Gauß- Verteilung nicht mehr mit Fehlerbalken rechnen, sondern Mitnahme der gesamten Wahrscheinlichkeitsverteilung (Standardverfahren); d.h. nicht mehr nur Aufsummieren der Fehler- balken, sondern Faltung der Wahrscheinlichkeiten (zeitaufwendiger). Dies wird durch die Darstellungen der Fig. 10 verdeutlicht: Statt Fehlerbalken nun Gesamtverteilung und daraus Berechnung von VaR. Dies ergibt wiederum die Gesamtverteilung, wie der Darstellung in der Fig. 11 zu entnehmen ist. Somit wird der Risiko- Anteil in der Gesamtkostenfunktion als Value-at-Risk berechnet.Equity portfolio. Proportionality factors γ (gamma) result in a risk-friendliness etc. analogous to Markowitz. Accordingly, the following applies to shares: In the event of large deviations from the Gaussian distribution, no longer count on error bars, but take along the entire probability distribution (standard procedure); i.e. no longer just adding up the error bars, but folding the probabilities (more time-consuming). This is illustrated by the representations of FIG. 10: Instead of error bars, now the overall distribution and the calculation of VaR from it. This in turn gives the overall distribution, as can be seen from the illustration in FIG. 11. The risk component in the total cost function is thus calculated as value-at-risk.
Es folgt eine Erläuterung des Bouncing- Verfahrens.The bouncing process is explained below.
Es sei die Startkonfiguration: einige % vom Optimum, d.h. die Savings-Lösung, wie in der bestehenden weit verbreiteten Tourenplanung eingesetzt, ist sehr gut geeignet. Ansatzweise er- folgt nun ein Aufwärmen bei Maximum der spezifischen Wärme in Simulated Annealing oder Threshold etc. Unter Bezugnahme auf die erläuternde Fig. 12 steht T für die virtuellen Tem- peraturen in Simulated Annealing oder Threshold, wie es bei physikalischen Optimierungsverfahren üblich ist.It is the start configuration: a few% of the optimum, ie the savings solution, as used in the existing widespread tour planning, is very suitable. Approachally, a warm-up takes place at maximum specific heat in simulated annealing or threshold etc. With reference to the explanatory FIG. 12, T stands for the virtual temperature temperatures in simulated annealing or threshold, as is common in physical optimization processes.
Simulationsmethoden in der PhysikSimulation methods in physics
Nach einem Aufwärmen auf Tf wird dann ein relativ schnelles Abkühlen zu T gegen 0 mehrfach wiederholt, d. h. ein Bouncing durchgeführt. Das mehrfache Wiederholen (Bouncing) erfolgt, bis das gewünschtes Resultat erzielt ist.After warming up to Tf, a relatively rapid cooling to T against 0 is then repeated several times, i.e. H. bouncing. The repeated repetition (bouncing) takes place until the desired result is achieved.
Eine Unterart vom Bouncing- Verfahren ist das so genannte Bombshell- Verfahren. StattA subspecies of the bouncing process is the so-called bombshell process. Instead of
Bouncing z. B. auf einer gesamten Landkarte durchzuführen, werden "Bombentrichter" festgelegt: Nur was darin ist, wird gebounced. D. h., dass z. B. ein Random-Generator Random- Koordinaten und jeweils einen Radius um jeden solchen Koordinatenpunkt erzeugt, d. h. so genannte "Bombentrichter". Nur die innerhalb dieser Radien liegenden Teilstücke der Tour werden mit dem Bouncing- Verfahren optimiert. Anders ausgedrückt erfolgt eine Veränderungen der Tour in Optimierungsverfahren nur innerhalb dieser Radien, und somit dann ein Bouncing, wie angegeben, nur innerhalb des Trichters. Es werden immer wieder neue Trichter von Random-Generator erzeugt, bis das gewünschtes Resultat erzielt ist, insbesondere bis keine weiteren Verbesserungen erhalten werden (können).Bouncing e.g. For example, to carry out an entire map, "bomb funnels" are set: only what is in it is bounced. That is, e.g. B. generates a random generator random coordinates and a radius around each such coordinate point, d. H. so-called "bomb funnels". Only the sections of the tour that lie within these radii are optimized with the bouncing method. In other words, a change in the tour in optimization processes only takes place within these radii, and thus bouncing, as indicated, only within the funnel. Random generator funnels are always being generated until the desired result is achieved, especially until no further improvements can be obtained.
Ein weiteres geeignetes Optimierungsverfahren ist das Search Space Smoothing.Another suitable optimization method is search space smoothing.
Bezug wird nun genommen auf ein verbessertes Search Space Smoothing, wie es in der Literatur beschrieben ist, wobei man aber statt einem Greedy- Algorithmus zur lokalen Relaxation ein Threshold- Verfahren mit einem kleinem Threshold oder Simulated Annealing mit sehr tiefen Temperaturen verwendet. Greedy ist Simulated Annealing mit T = 0 (nur Verbesserungen). Somit kann eine Erstellung einer Tour mit Search Space Smoothing mit Threshold erfolgen. Die Einführung eines kleinen Thresholds bzw. der sehr tiefen Temperaturen führt zu erheblichen Verbesserungen der Tourenplanung. Diese Neuerung, d. h. die Verwendung von Threshold bzw. Tieftemperatur Simulated Annealing führt zu besten Resultate bei der Tourenplanung. Dieses Verfahren kann auch für das Bouncing eingesetzt werden. Dabei wird der Smoothing Parameter analog zur Temperatur verändert, d. h. Nachschalten wie oben in Bouncing des verbesserten Search Space Smoothing, und somit analoges Vorgehen wie beim Bouncing, nur unter Veränderung der Smoothing-Parameter: Immer größere Veränderung, analog Bouncing; Kombination mit Bombshell- Verfahren bedeutet, nur die Trichter zu verändern. Ein wesentlicher Aspekt der vorstehend behandelten Ausführungsbeispiele und der Erfindung in diesem Rahmen ist das Einbeziehen der Fehlerbalken bzw. der Wahrscheinlichkeitsverteilung und/oder der Zeitabhängigkeit in Optimierungsverfahren. Weitere vorteilhafte und bevorzugte Ausgestaltungen betreffen Bouncing, Bombshell, verbessertes Search Space Smoothing.Reference is now made to an improved search space smoothing as described in the literature, but instead of a greedy algorithm for local relaxation, a threshold method with a small threshold or simulated annealing with very low temperatures is used. Greedy is simulated annealing with T = 0 (only improvements). Thus a tour can be created with Search Space Smoothing with Threshold. The introduction of a small threshold or very low temperatures leads to considerable improvements in tour planning. This innovation, ie the use of threshold or low-temperature simulated annealing leads to the best results in tour planning. This procedure can also be used for bouncing. The smoothing parameter is changed in the same way as the temperature, ie switching as in bouncing of the improved search space smoothing, and thus the same procedure as in bouncing, only with changes in the smoothing parameters: ever greater change, analogous to bouncing; Combination with bombshell processes means only changing the funnels. An essential aspect of the exemplary embodiments dealt with above and the invention in this context is the inclusion of the error bars or the probability distribution and / or the time dependence in optimization methods. Further advantageous and preferred configurations relate to bouncing, bombshell and improved search space smoothing.
Nun erfolgt eine Befassung mit Ausgestaltungen der Erfindung im Rahmen von Produktionslinien. Grundsätzlich ist eine mathemathische Abbildung von Beförderungsaufgaben in Produktionslinien auf Tourenplanungsprobleme möglich, d.h. ein analoges Vorgehen. Algorithmen können eingesetzt werden, wie es im hZzusammenhang mit der Tourenplanung beschrie- ben wurde, wobei sich auch Verbesserung bisheriger Resultate durch Bouncing und Wahrscheinlichkeiten sowie ggf. Zeitabhängigkeit ergeben (z. B. Schichtwechsel, mentale/physische Zustände der Mitarbeiter durch Volksfestzeit, regionale und saisonale Lebensbedingungen, ...) etc.Now there is a discussion of configurations of the invention in the context of production lines. Fundamentally, a mathematical mapping of transport tasks in production lines to route planning problems is possible, i.e. an analogous approach. Algorithms can be used as described in connection with tour planning, whereby there are also improvements to previous results through bouncing and probabilities as well as possibly time dependency (e.g. shift changes, mental / physical conditions of the employees through festival time, regional and seasonal living conditions, ...) etc.
Für ein Ausführungsbeispiel wird die Reihenfolge von Fahrzeugen auf einem Montageband herangezogen. Es erfolgt ein Einbau verschiedenster Bauteile an verschiedenen Stationen, wie die schematische Darstellung der Fig. 13 verdeutlicht. Z. B. wird an der Einbaustelle i ein Rückspiegel Typ j montiert. Für die mittlere Einbauzeit wird ein Federbalken oder eine Wahrscheinlichkeitsverteilung erhalten, d. h. man bekommt Wahrscheinlichkeitsverteilungen für alle Einbaustellen und Einbautypen: Verteilung für jeden einzelnen Typen; Typ für jedesThe sequence of vehicles on an assembly line is used for an exemplary embodiment. A wide variety of components are installed at different stations, as the schematic illustration in FIG. 13 illustrates. For example, a type j rear-view mirror is installed at installation location i. For the average installation time, a cantilever or a probability distribution is obtained. H. you get probability distributions for all installation locations and installation types: distribution for each individual type; Type for everyone
Fahrzeug vorgegeben. Zu einem gegebenem Zeitpunkt sind gewisse Fahrzeuge auf dem Band an gewissen Stellen. Dabei besteht eine Wahrscheinlichkeit, bis zeitlich ein letztes Bauteil eingebaut ist. Dann erfolgt eine Weitbewegung des Bandes, und es ergeben sich neue Situationen. Dazu gehören wiederum Wahrscheinlichkeitsverteilung, bis das letzte Bauteil eingebaut ist. Daraus ergeben sich Gesamtkostenfunktionen. Die Gesamtwahrscheinlichkeit für den Einbau aller Teile in vorgegebener Reihenfolge der Fahrzeuge ist in der Fig. 14 schematisch zur Verdeutlichung dargestellt, d.h. die mittlere Gesamteinbauzeit mit Risiko. Dieses Risiko folgt von Value-at-Risk- Verteilungen, bzw. aus den Fehlerbalken, wie oben für LKWs beschrieben wurde, wiederum mit Einbeziehung des Faktors γ (gamma).Vehicle specified. At a given time, certain vehicles are on the belt in certain places. There is a probability that a last component will be installed in time. Then the belt moves wide and new situations arise. This in turn includes probability distribution until the last component is installed. This results in total cost functions. The overall probability for the installation of all parts in a predetermined order of the vehicles is shown schematically in Fig. 14 for clarification, i.e. the average total installation time with risk. This risk follows from value-at-risk distributions, or from the error bars, as described above for trucks, again including the factor γ (gamma).
Übliche Veränderungen der Konfiguration (Reihenfolge) können auf bekannten Verfahren (Simulated Annealing, etc., aber auch genetische Algorithmen) basieren.Usual changes to the configuration (order) can be based on known methods (simulated annealing, etc., but also genetic algorithms).
Erfindungsgemäß ist auch hierbei die Einführung der Wahrscheinlichkeiten und insbesondere der zeitabhängigen Wahrscheinlichkeiten von Vorteil. Daraus ergibt sich eine weitere vorteilhafte Gestaltungsmöglichkeit beim Betrieb von Produktionsbändern: Es erfolgt nicht erst dann eine Weiterbewegung des Bandes um eine Station, wenn die längste Montagezeit an einer Sta- tion abgelaufen ist, und ist die Funktion nicht derart, dass das Band diskontinuierlich entsprechend der längsten Zeit getaktet weiter bewegt wird, sondern das Montage- oder Produktionsband läuft mit einer geeigneten mittleren Geschwindigkeit kontinuierlich.According to the invention, the introduction of the probabilities and in particular the time-dependent probabilities is also advantageous here. This results in a further advantageous design option when operating production belts: The belt does not only move further by one station if the longest assembly time on a station tion has expired, and the function is not such that the belt is moved intermittently according to the longest time, but the assembly or production belt runs continuously at a suitable average speed.
Durch Einführung von Bouncing- Verfahren im Rahmen der Erfindung stellt auch das Search Space Smoothing eine weitere Verbesserung bei den schon erstellten / beschriebenen Lösungen dar, und zwar auch bei etwas andersartigen Verfahren, so dass es sich dabei um einen grundsätzlichen Aspekt der Erfindung mit auch eigenständiger erfinderischer Bedeutung handelt. Dasselbe gilt für die verfahrensmäßige Verwendung wie vorrichtungsmäßige Umsetzung des Bouncing- Verfahrens grundsätzlich bei bestehenden, wie auch immer gearteten Optimierungsverfahren.By introducing bouncing methods in the context of the invention, search space smoothing also represents a further improvement in the solutions already created / described, and also in somewhat different methods, so that this is a fundamental aspect of the invention with also independent inventive step. The same applies to the procedural use and implementation of the bouncing method in principle with existing optimization methods of any kind.
Die Erfindung ist anhand der Ausführungsbeispiele in der Beschreibung und in den Zeichnungen lediglich exemplarisch dargestellt und nicht darauf beschränkt, sondern umfasst alle Va- riationen, Modifikationen, Substitutionen und Kombinationen, die der Fachmann den vorliegenden Unterlagen insbesondere im Rahmen der Ansprüche und der allgemeinen Darstellungen in der Einleitung dieser Beschreibung sowie der Beschreibung der Ausführungsbeispiele und deren Darstellungen in der Zeichnung entnehmen und mit seinem fachmännischen Wissen sowie dem Stand der Technik insbesondere unter Einbeziehung der vollständigen Offen- barungsgehalte der am Anfang dieser Beschreibung angegebenen älteren Anmeldungen kombinieren kann. Insbesondere sind alle einzelnen Merkmale und Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung und ihrer Ausführungsbeispiele kombinierbar. The invention is only illustrated by way of example in the description and in the drawings, and is not limited thereto, but rather includes all variations, modifications, substitutions and combinations which the person skilled in the art can understand the present documents, in particular within the scope of the claims and the general representations in from the introduction to this description and the description of the exemplary embodiments and their representations in the drawing and can combine them with his specialist knowledge and the prior art, in particular with the inclusion of the complete disclosure contents of the older applications specified at the beginning of this description. In particular, all individual features and configuration options of the invention and its exemplary embodiments can be combined.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verfahren zur Optimierung von Beförderungsaufgaben, wobei wenigstens ein ortsabhängig gegebener Beförderungsparameter erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass für den wenigstens einen ortsabhängig gegebenen Beförderungsparameter Wahrscheinlichkeiten ermittelt werden, die der Optimierung der Beförderungsaufgabe zu Grunde gelegt werden.1. A method for optimizing transportation tasks, wherein at least one location-dependent transportation parameter is recorded, characterized in that probabilities are determined for the at least one location-dependent transportation parameter that are used as a basis for the optimization of the transportation task.
2. Verfahren zur Optimierung von Beförderungsaufgaben nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass zusätzlich zu den ermittelten Wahrscheinlichkeiten der Beförderungsparameter der Optimierung der Beförderungsaufgabe zu Grunde gelegt wird.2. Method for optimizing transport tasks according to claim 1, characterized in that, in addition to the probabilities determined for the transport parameters, the optimization of the transport task is used as a basis.
3. Verfahren zur Optimierung von Beförderungsaufgaben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wahrscheinlichkeiten des wenigstens einen ortsabhängig gege- benen Beförderungsparameters der Beförderungsaufgabe in Form eines Fehlerbalkens zu Grunde gelegt werden.3. A method for optimizing transportation tasks according to claim 1 or 2, characterized in that the probabilities of the at least one location-dependent transportation parameter of the transportation task are used as a basis in the form of an error bar.
4. Verfahren zur Optimierung von Beförderungsaufgaben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wahrscheinlichkeiten oder ggf. Fehlerbal- ken unter Einbeziehung des wenigstens einen ortsabhängig gegebenen Beförderungsparameters kontinuierlich aktualisiert oder verbessert werden.4. A method for optimizing transport tasks according to one of the preceding claims, characterized in that the probabilities or possibly error bars are continuously updated or improved taking into account the at least one location-dependent transport parameter.
5. Verfahren zur Optimierung von Beförderungsaufgaben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zeitliche Variation oder Abhängigkeit des wenigstens einen ortsabhängig gegebenen Beförderungsparameters erfasst wird, und dass dafür zeitabhängige Wahrscheinlichkeiten ermittelt werden, die statt des wenigstens einen orts- und zeitabhängigen gegebenen Beförderungsparameters oder zusätzlich zu dem wenigstens einen orts- und zeitabhängigen gegebenen Beförderungsparameter der Beförderungsaufgabe zu Grunde gelegt werden.5. A method for optimizing transport tasks according to one of the preceding claims, characterized in that a temporal variation or dependency of the at least one location-dependent given transportation parameter is recorded, and that time-dependent probabilities are determined for this, which instead of the at least one location and time-dependent given transportation parameter or in addition to the at least one location and time-dependent given transportation parameter of the transportation task.
6. Verfahren zur Optimierung von Beforderungsaufgaben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus mehreren Wahrscheinlichkeiten eine Wahrscheinlichkeitsverteilung ermittelt wird, die statt des orts- und insbesondere zeitabhängigen gegebenen Beförderungsparameters oder zusätzlich zu dem orts- und insbesondere zeitabhängigen gegebenen Beförderungsparameter der Beförderungsaufgabe zu Grunde gelegt wird. 6. The method for optimizing task tasks according to one of the preceding claims, characterized in that a probability distribution is determined from a plurality of probabilities, which instead of the location-specific and in particular time-dependent given transportation parameter or in addition to the location-based and in particular time-dependent given transportation parameter of the transportation task is placed.
7. Verfahren zur Optimierung von Beförderungsaufgaben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als der wenigstens eine ortsabhängig gegebene Beförderungsparameter die ortsabhängige Beförderungszeit erfasst wird.7. The method for optimizing transportation tasks according to one of the preceding claims, characterized in that the location-dependent transportation time is recorded as the at least one location-dependent transportation parameter.
8. Verfahren zur Optimierung von Beförderungsaufgaben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Wahrscheinlichkeiten oder ggf. die ermittelte Wahrscheinlichkeitsverteilung zur Tourenoptimierung zu Grunde gelegt werden.8. A method for optimizing transport tasks according to one of the preceding claims, characterized in that the probabilities determined or, if applicable, the probability distribution determined are used as the basis for route optimization.
9. Verfahren zur Optimierung von Beförderungsaufgaben nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zeitabhängige Wahrscheinlichkeiten für die Fahrzeiten herangezogen werden, die ständig den aktuellen Verkehrssituationen angepasst werden.9. The method for optimizing transport tasks according to claim 8, characterized in that time-dependent probabilities for the travel times are used, which are constantly adapted to the current traffic situations.
10. Verfahren zur Optimierung von Beförderungsaufgaben nach Anspruch 9, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Anpassung der zeitabhängigen Wahrscheinlichkeiten an die aktuelle Verkehrssituation über satellitengestützte Systeme erfolgt.10. Method for optimizing transport tasks according to claim 9, characterized in that the time-dependent probabilities are adapted to the current traffic situation via satellite-based systems.
11. Verfahren zur Optimierung von Beförderungsaufgaben nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung der zeitabhängigen Wahrscheinlichkeiten an die ak- tuelle Verkehrssituation einen Dämpfungsfaktor enthält, der chaotisches Verhalten verhindert.11. A method for optimizing transport tasks according to claim 9 or 10, characterized in that the adaptation of the time-dependent probabilities to the current traffic situation contains a damping factor which prevents chaotic behavior.
12. Verfahren zur Optimierung von Beförderungsaufgaben nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass satellitengestützte Daten von Streckenmautsystemen verwendet werden.12. A method for optimizing transport tasks according to one of claims 9 to 11, characterized in that satellite-based data from route toll systems are used.
13. Verfahren zur Optimierung von Beförderungsaufgaben nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass auch ungenaue verrauschte GPS-Daten zur Erstellung der zeitabhängigen Wahrscheinlichkeiten verwendet werden.13. A method for optimizing transport tasks according to one of claims 9 to 12, characterized in that inaccurate noisy GPS data are used to create the time-dependent probabilities.
14. Verfahren zur Optimierung von Beförderungsaufgaben nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Optimierung eine Kostenfunktion um einen Risiko- term erweitert wird, der die zeitabhängigen Wahrscheinlichkeitsverteilungen für die Fahrzeiten reflektiert. 14. A method for optimizing transport tasks according to one of claims 9 to 13, characterized in that for optimization a cost function is expanded by a risk term which reflects the time-dependent probability distributions for the travel times.
15. Verfahren zur Optimierung von Beförderungsaufgaben nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Optimierung die Wahrscheinlichkeitsverteilungen für die Gesamtfahrzeiten bez. Gesamtkosten berechnet werden.15. A method for optimizing transportation tasks according to one of claims 9 to 14, characterized in that for optimizing the probability distributions for the total travel times. Total costs are calculated.
16. Verfahren zur Optimierung von Beförderungsaufgaben nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Optimierung die Momente der zeitabhängigen Wahrscheinlichkeiten für Taktzeiten von Produktionsprozessen herangezogen werden.16. The method for optimizing transport tasks according to one of claims 1 to 7, characterized in that the moments of the time-dependent probabilities for cycle times of production processes are used for the optimization.
17. Verfahren zur Optimierung von Beförderungsaufgaben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Optimierung physikalische, stochastische, genetische Algorithmen und/oder der Savings- Algorithmus herangezogen werden/wird.17. Method for optimizing transport tasks according to one of the preceding claims, characterized in that physical, stochastic, genetic algorithms and / or the savings algorithm are / are used for the optimization.
18. Verfahren zur Optimierung von Beförderungsaufgaben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine analoge Optimierung mit Wah- rscheinlichkeitsverteilungen herangezogen wird.18. Method for optimizing transport tasks according to one of the preceding claims, characterized in that an analog optimization with probability distributions is used.
19. Verfahren zur Optimierung von Beförderungsaufgaben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass statt deterministischer Daten Wahrscheinlichkeitsverteilungen verwendet werden.19. Method for optimizing transport tasks according to one of the preceding claims, characterized in that probability distributions are used instead of deterministic data.
20. Verfahren zur Optimierung von Beförderungsaufgaben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Optimierung ein Bouncing- Verfahren verwendet wird.20. Method for optimizing transport tasks according to one of the preceding claims, characterized in that a bouncing method is used for the optimization.
21. Verfahren zur Optimierung von Beförderungsaufgaben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Optimierung Simulated Annealing, Threshold Accepting, Great Deluge (Sintflut), genetische Algorithmen, Savings- Algorithmen mit oder ohne nachgeschaltetem Bouncing verwendet werden.21. Method for optimizing transport tasks according to one of the preceding claims, characterized in that for optimization simulated annealing, threshold acceptance, great deluge (deluge), genetic algorithms, savings algorithms with or without subsequent bouncing are used.
22. Verfahren zur Optimierung von Beförderungsaufgaben nach Anspruch 20 oder 21 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Optimierung ein Bombshell-Verfahren verwendet wird.22. A method for optimizing transport tasks according to claim 20 or 21, characterized in that a bombshell method is used for the optimization.
23. Verfahren zur Optimierung von Beförderungsaufgaben nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen des Bombshell- Verfahrens mit einem Random-Generator Random-Koordinaten erzeugt werden, dass ein Radius um jeden Koordinatenpunkt festgelegt oder ermittelt oder erzeugt wird, insbesondere von dem Random-Generator erzeugt wird, und dass nur die innerhalb dieser Radien liegende Teilstücke des Beförderungsweges oder ggf. der Tour werden mit dem Bouncing- Verfahren optimiert werden.23. A method for optimizing transport tasks according to claim 22, characterized in that random coordinates are generated in the context of the bombshell method with a random generator, that a radius around each coordinate point is determined or determined or generated, in particular by the random Generator generated and that only those sections of the transport route or the tour that lie within these radii will be optimized with the bouncing method.
24. Verfahren zur Optimierung von Beförderungsaufgaben nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Random-Generator immer wieder neue Random- Koordinaten und/oder Radien um Random-Koordinaten erzeugt werden.24. A method for optimizing transport tasks according to claim 23, characterized in that the random generator repeatedly generates new random coordinates and / or radii around random coordinates.
25. Verfahren zur Optimierung von Beförderungsaufgaben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Risikoabschätzung enthalten ist.25. Method for optimizing transport tasks according to one of the preceding claims, characterized in that a risk assessment is included.
26. Verfahren zur Optimierung von Beförderungsaufgaben nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Risikoabschätzung nach dem "Value-at-Risk" -Verfahren erfolgt.26. A method for optimizing transportation tasks according to claim 25, characterized in that the risk assessment is carried out according to the "value-at-risk" method.
27. Verfahren zur Optimierung von Beförderungsaufgaben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Optimierung Search Space Smoothing Verfahren mit oder ohne Threshold und/oder Tieftemperatur Simulated Annealing Verfahren verwendet werden.27. Method for optimizing transport tasks according to one of the preceding claims, characterized in that search space smoothing methods with or without threshold and / or low-temperature simulated annealing methods are used for optimization.
28. Verfahren zur Optimierung von Beförderungsaufgaben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung von Threshold Accepting oder eines Threshold- Verfahrens ein kleiner Threshold verwendet wird.28. A method for optimizing transport tasks according to one of the preceding claims, characterized in that a small threshold is used when using threshold acceptance or a threshold method.
29. System zur Optimierung von Beförderungsaufgaben, wobei Erfassungseinrichtungen zum Erfassen wenigstens eines ortsabhängig gegebenen Beförderungsparameters und Informa- tionseinrichtungen vorgesehen sind, die ausgelegt sind, Anwender unter Einbeziehung des wenigstens einen ortsabhängig gegebenen Beförderungsparameters über eine Optimierungsmöglichkeit der Beförderungsaufgabe zu informieren, dadurch gekennzeichnet, dass Kalkulationseinrichtungen vorgesehen sind, die ausgelegt sind, für den wenigstens einen ortsabhängig gegebenen Beförderungsparameter Wahrscheinlichkeiten zu ermitteln, und dass die Informationseinrichtungen ausgelegt sind, Anwender unter Einbeziehung der Wahrscheinlichkeiten über eine Optimierungsmöglichkeit der Beförderungsaufgabe zu informieren.29. System for optimizing transport tasks, wherein detection devices are provided for detecting at least one location-dependent transportation parameter and information devices that are designed to inform users, including the at least one location-dependent transportation parameter, about an optimization possibility of the transportation task, characterized in that calculation devices are provided, which are designed to determine probabilities for the at least one location-dependent transport parameter, and that the information devices are designed to inform users, including the probabilities, of an option for optimizing the transport task.
30. System zur Optimierung von Beförderungsaufgaben nach Anspruch 29, dadurch gekenn- zeichnet, dass Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens zur Optimierung von Beförderungsaufgaben nach einem der Ansprüche 2 bis 28 enthalten und bestimmungsgemäß betreibbar sind. 30. System for optimizing transport tasks according to claim 29, characterized in that devices for carrying out the method for optimizing transport tasks according to one of claims 2 to 28 are included and can be operated as intended.
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