The integrated optimization of school starting times and public transport

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Die Dissertation formuliert und löst ein mathematisches Modell zur integrierten Optimierung von Schulanfangszeiten und Nahverkehrsangeboten, genannt IOSANA. Ziel ist es, Schulanfangszeiten in die Optimierung der Abfahrtszeiten und Umläufe von Bussen des öffentlichen Personennahverkehrs (ÖPNV) einzubeziehen, um die Anzahl der eingesetzten Fahrzeuge im Vergleich zum Status-Quo zu reduzieren. Das zugrunde liegende Modell erweitert das Tourenplanungsproblem mit Zeitfenstern um Kopplungsbedingungen innerhalb dieser Zeitfenster, was zu einer neuen Problemklasse führt. IOSANA ist ein erster Anwendungsfall dieses Modells. Die Instanzen sind sowohl theoretisch als auch praktisch schwer zu lösen, weshalb verschiedene primale und duale Verfahren entwickelt und verglichen werden. Auf der primalen Seite werden bekannte Heuristiken um Aspekte der Zeitfensterkopplung erweitert, und die Auswahlfunktion wird parametrisiert. Zur Bestimmung effektiver Parameterwerte wird unter anderem das Verfahren Improving Hit-and-Run verwendet. Da IOSANA ein ganzzahliges lineares Programm ist, kommen Branch-and-Cut Verfahren zum Einsatz, um untere Schranken für die Anzahl der eingesetzten Busse zu ermitteln. Die Ergebnisse werden anhand zufällig generierter und realer Instanzen präsentiert, wobei reale Datensätze aus fünf deutschen Landkreisen verwendet werden. Durch die integrierte Optimierung sind Einsparungen von 10-30 % der Fahrzeugflotte möglich, was pro