Der Erfindung liegt als technisches
Problem die Bereitstellung eines Verfahrens und eines Systems zum
Flottenmanagement zugrunde, mit denen gewährleistet wird, dass in einer
Zentrale vorliegende und neu eintreffende Aufträge von den Fahrzeugen der Flotte
optimal abgearbeitet werden.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung
eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eines Systems
mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Die Unteransprüche betreffen
vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.
Der Hauptgedanke der Erfindung besteht
darin, dass unter Verwendung aktueller und prognostizierter Reisezeiten
aus einer direkt angeschlossenen Verkehrszentrale in der Fahrzeugsteuerungszentrale für jedes
Fahrzeug ein Tourenplan umfassend einen Anfahrtsplan mit einer Reihenfolge
abzuarbeitender Aufträge
sowie die dafür
jeweils zurückzulegenden Wege
bestimmt und rechnergestützt
ein zumindest teilweises Abarbeiten der Aufträge simuliert wird, wobei eine
Ereignissteuerung entsprechender Aktionen verwendet wird und wobei
durch Benutzung eines Optimierungskriteriums Auswirkungen der bestimmten
Tourenpläne
geprüft
und dem Fahrzeug ein nächster
Auftrag dann übermittelt
wird, wenn die für das
Fahrzeug bestimmte Anfahrreihenfolge diesen Auftrag umfasst und
für die
errechneten Tourenpläne das
Optimierungskriterium erfüllt
ist.
Ein Kernelement der Erfindung ist
die durchgängige
Verwendung dynamischer Reisezeiten. Änderungen. von Reisezeiten
können
erwartet (vorhersehbar) sein, beispielsweise aufgrund einer bereits bekannten
Prognose unter Verwendung von in einer Datenbank gespeicherten Ganglinien. Änderungen von
Reisezeiten können
auch unerwartet (nicht vorhersehbar) auftreten, beispielsweise aufgrund
einer Verkehrsstörung.
Beides kann wiederum sowohl aktuelle als auch prognostizierte Reisezeiten
betreffen. Beispielsweise hat eine aktuell auftretende Verkehrsstörung Auswirkungen
auf die im Bereich der Verkehrsstörung prognostizierten Reisezeiten.
Durch die konsequente, durchgängige Verwendung
dynamischer Reisezeiten wird erfindungsgemäß in der Fahrzeugsteuerungszentrale
für jedes Fahrzeug
stets ein optimaler Tourenplan abzuarbeitender Aufträge bestimmt.
Ein Tourenplan besteht aus einer Folge von Aufträgen, die jeweils über "kürzeste Wege", beispielsweise zwischen Start- und Zielort
eines jeweiligen Auftrages, verbunden werden. Falls der Zielort
eines Auftrages nicht dem Startort des nächsten Auftrages entspricht,
so ist eine "Leerfahrt" des Fahrzeuges in
Form eines "kürzesten Weges" von diesem Zielort
zum Startort des nächsten
Auftrages vorgesehen. Das Wort "kürzester
Weg" bezieht sich
hier und im Folgenden dabei stets auf den gemäß des gewählten Optimierungskriteriums "kürzesten" Weg, beispielsweise einen zeitlich
kürzesten
oder kostenmäßig günstigsten
Weg. Die Gesamtheit der kürzesten
Wege eines Fahrzeugs entspricht der Route des Fahrzeugs. Die Fahrzeugsteuerungszentrale
verfügt
dabei zur Bestimmung über genügend leistungsfähige Rechenmittel.
Gleichzeitig ergibt die erfindungsgemäße Verzahnung der jeweiligen
Routenbestimmung mit der Gesamtschau aller Fahrzeuge in der Fahrzeugsteuerungszentrale
ein "Gesamtoptimum", d.h. es werden
beispielsweise die gesamten für
einen Flottenbetreiber entstehenden Kosten minimiert. Es erfolgt
mithin nicht eine Optimierung für
nur eine einzelne Tour, was z.B. bei der
DE 196 46 954 A1 vorgesehen
ist, sondern erfindungsgemäß werden
stets alle Fahrzeuge simultan betrachtet. Mit anderen Worten ausgedrückt werden jeweils
die ganze Flotte und die Gesamtheit der Aufträge als raum-zeitliche Gesamtheit
behandelt. Denn eine für
ein Fahrzeug optimale Anfahrtsreihenfolge muss eben nicht die für die ganze
Flotte vorteilhafteste Lösung
darstellen.
Erfindungsgemäß realisiert wird dieses Vorgehen
durch einen ereignisgesteuerten Mechanismus. Dabei sind bestimmte
Ereignisse vorgesehen, bei deren Eintritt dann automatisiert Entscheidungen (Aktionen)
getroffen werden. Dies ermöglicht
eine rechentechnisch effiziente Behandlung des komplexen Flottenmanagements,
ohne auf die nötige
Genauigkeit zu verzichten. Damit sind etwaige Änderungen, beispielsweise auftretende
geänderte
Reisezeiten oder neu eintreffende Aufträge, durch entsprechende Codierung
sofort berücksichtigbar.
Der Kern der Erfindung besteht nun
darin, bei der Bestimmung der Auftragszuordnung und -reihenfolge
die durchgängige
Verwendung dynamischer Reisezeiten im Rahmen eines ereignisgesteuerten
Mechanismus zu realisieren. Nur so ist es überhaupt möglich, der Masse dynamischer
Daten Herr zu werden. Denn die permanente Änderung von Reisezeiten bedingt
ja als Konsequenz eine permanente Änderung der kürzesten
Wege. Somit ist es nicht möglich,
in herkömmlicher
Weise die kürzesten Wege
einmal zu berechnen, abzuspeichern und im Folgenden dann jeweils
darauf zuzugreifen. Denn aufgrund des zumindest teilweise dynamischen
Auftragseingangs sind weder die Start- und Zielorte noch die gewünschten
Abholzeiten aller Aufträge
im Voraus bekannt. Sogar zwischen bekannten Start- und Zielorten
ist es kaum möglich,
kürzeste
Wege für
alle denkbaren Abholzeiten zu bestimmen. Stattdessen muss während des
Planungsberechnungen eine vollständig
dynamische Berechnung kürzester
Wege eingebunden werden. Und eine solche ist rechentechnisch überhaupt
nur leistbar mit einem ereignisgesteuerten Mechanismus, der effizient
bereits bekannte Informationen ausnützt und die Berechnungen auf
das Notwendige reduziert. So werden über eine Vorauswahl zum Beispiel
nur solche Fahrzeuge untersucht, die zeitlich noch in der Lage sein
könnten,
einen neu hereingekommenen Auftrag zu bearbeiten. Dabei ist, anders
als bei herkömmlichen
Flottenmanagementsystemen, kein direkter Zugriff auf eine Datenbank
mit aktuellen und/oder prognostizierten Reisezeit für relevante
Wegstrecken vorgesehen. Erfindungsgemäß ist statt dessen jeweils
eine koordinierte und wohldefinierte Anfrage der dynamischen Berechnung
nach kürzesten
Wegen im Rahmen des ereignisgesteuerten Mechanismus vorgesehen.
Mit anderen Worten sind aktuelle und/oder prognostizierte Reisezeiten
für relevante
Wegstrecken nur über das "Filter" des ereignisgesteuerten
Mechanismus zu erhalten. Genau dieses Filter jedoch schafft erst
die Voraussetzung für
eine rechentechnisch leistbare durchgängige Verwendung dynamischer
Reisezeiten.
In einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind zumindest folgende "äußere" Ereignisse vorgesehen:
Eintreffen eines neuen Auftrages in der Fahrzeugsteuerungszentrale,
fahrzeugseitige Erledigung eines Auftrages, Eintreffen eines Fahrzeuges
an einem Startort eines Auftrages, verkehrszentralenseitige Änderung
einer aktuellen oder prognostizierten Reisezeit. Bei jedem dieser
Ereignisse wird automatisiert ei ne Entscheidung in Form einer Aktion
getroffen, beispielsweise wird beim Eintreffen eines neuen Auftrages
in der Fahrzeugsteuerungszentrale entweder einem Fahrzeug dieser
Auftrag zugewiesen oder, falls kein geeignetes Fahrzeug vorhanden
ist, der Auftrag der Auftragsliste in der Fahrzeugsteuerungszentrale
hinzugefügt.
In einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind zumindest folgende Aktionen vorgesehen: Aufforderung
zum Anfahren eines Startortes durch ein Fahrzeug, Annahme eines
Auftrages, Ablehnung eines Auftrages, Information an einen Auftraggeber über Erledigung
eines Auftrages, Information an einen Auftraggeber über Verzögerung eines Auftrages.
Diese Aktionen stellen mögliche
Entscheidungen auf vorstehend angeführte Ereignisse dar. Dabei
ist natürlich
nicht jede Aktion bei jedem Ereignis möglich.
Durch die erfindungsgemäße Verwendung des
Optimierungskriteriums beim ereignisgesteuerten Mechanismus ist
sichergestellt, dass eine im Sinne des Optimierungskriteriums "optimale Lösung" vorliegt. Als Ergebnis
muss zumindest eine Entscheidung über die nächste Aktion bestimmt werden.
Diese Aktion wird dem Fahrzeug dann gegebenenfalls als nächster Auftrag übermittelt.
Für die
konkrete Ausprägung
des ereignisgesteuerten Mechanismus ist eine Vielzahl von Möglichkeiten
vorgesehen. Beispielsweise kann mit an sich bekannten Zuweisungsalgorithmen
("assignment algorithms") automatisiert eine
Aktion ausgewählt
werden. Dies erfolgt isoliert nur zu den Zeitpunkten, an denen ein
entsprechendes Ereignis in der Fahrzeugsteuerungszentrale detektiert
wird. Eine andere Möglichkeit
ist eine kontinuierliche Berechnung, beispielsweise unter Verwendung
eines an sich bekannten Einsetzungsalgorithmus ("insertion algorithm"). In jedem Fall ist ein frei wählbarer
Planungshorizont ("Vorausschauzeit") gegeben, d.h. es
wird eine beliebige Anzahl weiterer, zeitlich später liegender Ereignisse mit
berücksichtigt.
Beispielsweise werden alle noch offenen Aufträge und die voraussichtlichen
Fahrzeug standorte einbezogen. Im folgenden wird der ereignisgesteuerte Mechanismus
auch als Simulation oder Simulationsrechnung bezeichnet.
Dieses Vorgehen löst in idealer Weise das der
Erfindung zugrunde liegende technische Problem. Es wird damit eine
größtmögliche Flexibilität erreicht.
Denn erfindungsgemäß sind durch
den ereignisgesteuerten Mechanismus die Auswirkungen von aufgrund
eines Ereignisses getroffenen Aktionen bereits vorab durch die Simulationsrechnung
bestimmbar. Gleichzeitig muss jedoch nur für das aktuelle Ereignis automatisiert
eine Aktion selektiert werden. Für
später
eintretende Ereignisse kann abgewartet werden, ob sich durch zwischenzeitliche Änderungen,
beispielsweise auftretende geänderte
Reisezeiten, automatisiert eine günstigere Lösung bestimmen lässt. Denn
es ist wenig sinnvoll, einem Fahrzeug eine Information über einen
Auftrag zu senden, welcher in einer Stunde abzuarbeiten ist, da
dieser Auftrag durch einen in der Zwischenzeit neu eintreffenden
Auftrag wieder geändert
werden könnte.
Noch einmal sei betont, dass die Fahrzeugsteuerungszentrale hierfür die geeigneten
Mittel zusammenführt, beispielsweise
dynamische Reisezeiten und ausreichend dimensionierte Rechenmittel.
Weiterhin sichert das erfindungsgemäße Vorgehen
eine schnellstmögliche
Berücksichtigung neuer
Daten, beispielsweise Eintreffen eines neuen Auftrages in der Fahrzeugsteuerungszentrale
oder Änderung
einer aktuellen oder prognostizierten Reisezeit. Dagegen findet
z.B. bei der
US 5 992
040 B1 lediglich eine Berücksichtigung wiederkehrender Muster
von Reisezeiten statt. Die vorliegende Erfindung basiert auf der
durchgängige
Verwendung dynamischer Reisezeiten und berücksichtigt somit zwanglos Änderungen
von eine bestimmte Route betreffenden Daten auch nachdem die Route
berechnet wurde oder sogar nachdem die Abarbeitung der Route durch
das Fahrzeug schon begonnen hat.
Ebenfalls hervorzuheben ist der vergleichsweise
kostengünstige
Aufbau der Erfindung. Die Fahrzeuge benötigen keine spezielle Ausrüstung, da das
Verfahren erfindungsgemäß vollständig in
der Fahrzeugsteuerungszentrale durchgeführt wird. Die dynamischen Reisezeiten
werden von externen Anbietern, beispielsweise von einer Verkehrszentrale, bereitgestellt.
Insgesamt ergibt sich so eine vollständige, zentralengestützt automatisierte
Kontrolle des Flottenmanagements an einem Ort, der Fahrzeugsteuerungszentrale.
Ein weiterer, großer Vorteil der Erfindung besteht
darin, dass sie "vorab" für Planungs-
und Dimensionierungsaufgaben einsetzbar ist. Dabei erfolgt kein
Einsatz mit "realen" Daten ("Online"), sondern zu Testzwecken
werden vorher erhobene Daten quasi "durchgespielt". Damit steht ein mächtiges Werkzeug zur Verfügung, um
beispielsweise die für ein
spezifisches Gebiet benötigte
Flottengröße, d.h. die
Anzahl der Fahrzeuge, zu dimensionieren, um geeignete Ausgangspositionen
für Fahrzeuge
der Flotte zu bestimmen oder um Lieferfristen anzugeben.
Mit Vorteil wird vorgeschlagen, weitere
Ereignisse vorzusehen. Durch die Verwendung beispielsweise eines
Ereignisses "Defekt
am Fahrzeug" kann
ein Fahrzeug der Fahrzeugsteuerungszentrale mitteilen, dass es für weitere
Aufträge
nicht mehr zur Verfügung
steht. Ein anderes Beispiel für
ein weiteres Ereignis ist "Orderabbruch", womit ein Auftraggeber einen
bereits von der Auftragsliste in der Fahrzeugsteuerungszentrale
umfassten Auftrag wieder löschen
kann. So wird die Erfindung noch flexibler anwendbar.
In einer vorteilhaften Ausführungsform
wird die Simulation laufend wiederberechnet. Hiermit ist ein besonders
gut angepasster Einsatz der Erfindung sichergestellt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn
zumindest zurückzulegende
oder aktuelle geplante Wege in der Fahrzeugsteuerungszentrale laufend überwacht wird.
Damit werden beispielsweise unerwartete Änderungen von Reisezeiten auf
diesem Weg schnellstmöglich
in der Fahrzeugsteuerungszentrale bekannt. Somit sind die derart
geänderten
Bedingungen für das
Fahrzeug, für
das dieser Weg bestimmt wurde, in der Fahrzeugsteuerungszentrale
berücksichtigbar.
Geeignete Optimierungskriterien sind
eine Minimierung von auftretenden Verzögerungen ("Servicequalität") und/oder eine Minimierung entstehender
Kosten. Natürlich
sind auch beliebige Kombinationen möglich.
Zweckmäßigerweise wird bei der notwendigen
dynamischen Bestimmung kürzester
Wege als Teil der Tourenplanung unter Verwendung der dynamischen
Reisezeiten ein Baum kürzester
Wege von einem Startort und/oder ein Baum kürzester Wege zu einem Zielort
und/oder eine startzeitabhängige
Folge von Wegen von einem Start- zu einem Zielort bei Bestimmung
einer Route verwendet. Damit ist eine rechentechnisch effiziente
Behandlung gewährleistet.
Wenn ein „kürzester Weg" basierend auf Netzknoten bestimmt wird,
ist nur die Verwendung von digitalen Straßendatensätzen möglich, welche keine zeitabhängigen Abbiegeverbote
("turn restrictions") aufweisen. Wenn
derartige dynamische Abbiegeverbote vorhanden sind, wird eine Wegbestimmung
auf Basis der Netzkanten durchgeführt.
Die Erfindung ist vorzugsweise als
Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln realisiert, wobei eine
jeweilige Ausprägung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
durchgeführt
wird, wenn das jeweilige Programm auf einem Computer ausgeführt wird.
Eine weitere bevorzugte Realisierungsform der
Erfindung stellt ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode-Mitteln
dar, wobei die Programmcode-Mittel die auf einem computerlesbaren
Datenträger
gespeichert sind, um eine jeweilige Ausprä gung des erfindungsgemäßen Verfahrens
durchzuführen,
wenn das jeweilige Programmprodukt auf einem Computer ausgeführt wird.
Ein System zum Steuern einer Flotte
von mit jeweils einem Kommunikationsmittel ausgestatteten Fahrzeugen,
wobei in einer Fahrzeugsteuerungszentrale ein Rechenmittel umfassend
ein Speichermittel und ein Kommunikationsmittel vorgesehen sind,
wobei im Speichermittel eine Auftragsliste – umfassend Startort, Zielort
und gewünschte
Abholzeit eines Auftrages – abgelegt
ist, wobei von der Fahrzeugsteuerungszentrale über eine drahtlose Verbindung
mit dem Kommunikationsmittel einem Fahrzeug ein zu erledigender
Auftrag gesendet wird, und wobei in der Fahrzeugsteuerungszentrale
von Auftraggebern neu eintreffende Aufträge in der Auftragsliste im
Speichermittel abgespeichert werden, besteht darin, dass zusätzlich ein
Beobachtungsmittel, ein Verwaltungsmittel und ein Planungsmittel
vorgesehen sind, wobei das Beobachtungsmittel unter Verwendung aktueller und
prognostizierter Reisezeiten Wegberechnungen vornimmt und geplante
Wege überwacht,
das Planungsmittel ein zumindest teilweises Abarbeiten von Auftragszuordnungen
unter Verwendung prognostizierter Fahrzeiten als Simulation durchführt und
das Verwaltungsmittel mit einer Ereignissteuerung entsprechender
Aktionen für
jedes Fahrzeug einen jeweiligen Tourenplan, umfassend einen Anfahrtsplan mit
einer Reihenfolge aus dem Speichermittel ausgelesener, abzuarbeitender
Aufträge
sowie die dafür
jeweils zurückzulegenden
Wege, bestimmt, wobei durch Verwendung eines Optimierungskriteriums Auswirkungen
der bestimmten Tourenpläne
vom Verwaltungsmittel geprüft
und dem Fahrzeug ein nächster
Auftrag aus dem Speichermittel mit dem Kommunikationsmittel dann
gesendet wird, wenn die für
das Fahrzeug bestimmte Anfahrtsreihenfolge diesen Auftrag umfasst
und für
die bestimmten Tourenpläne
das Optimierungskriterium erfüllt
ist.
Besonders vorteilhaft wird die Erfindung
realisiert, wenn aktuelle und prognostizierte Reisezeiten von einer
Verkehrszentrale der Fahrzeugsteuerungszentrale bereitgestellt wer den.
Damit steht der gesamte Datenfundus der Verkehrszentrale für die Erfindung
bereit und erlaubt dergestalt eine allumfassende Datenschau, ohne
dass neben einer datentechnischen Verbindung von Verkehrszentrale
und Fahrzeugsteuerungszentrale weitere Maßnahmen nötig sind.
Zweckmäßigerweise wird zur drahtlosen Verbindung
zwischen der Fahrzeugsteuerungszentrale und den Fahrzeugen ein Mobilfunknetz
genutzt. Solche Mobilfunknetze sind praktisch flächendeckend nutzbar und erlauben
damit einen großflächigen Einsatz
der Erfindung ohne aufwendige Installationen zur Verbindungsherstellung.
Eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung wird nun anhand einer Zeichnung in der Fig. näher erläutert.
In der Fig. ist schematisch die Struktur
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Systems
dargestellt. Das System 1 zum Steuern einer Flotte umfasst ein Beobachtungsmittel 10,
ein Verwaltungsmittel 11 und ein Planungsmittel 12.
Dynamische Reisezeiten werden von einer Verkehrszentrale 20 bereitgestellt.
Das System 1 ist in einer hier aus Übersichtlichkeitsgründen nicht
dargestellten Fahrzeugsteuerungszentrale angeordnet, in der weiterhin
ein Rechenmittel umfassend ein Speichermittel und ein Kommunikationsmittel
vorgesehen sind, wobei im Speichermittel eine Auftragsliste – umfassend
Startort, Zielort und Startzeit eines Auftrages – abgelegt ist. Über das
Kommunikationsmittel tritt die Fahrzeugsteuerungszentrale zumindest
zeitweise drahtlos in Verbindung mit ebenfalls jeweils mit einem
Kommunikationsmittel ausgestatteten Fahrzeugen. Dabei wird von der
Fahrzeugsteuerungszentrale über
eine Verbindung mit dem Kommunikationsmittel einem Fahrzeug ein
zu erledigender Auftrag 102 gesendet. In der Fahrzeugsteuerungszentrale
von Auftraggebern neu eintreffende Aufträge 101 werden in der
Auftragsliste im Speichermittel abgespeichert. Die Verbindung zwischen
Fahrzeugsteuerungszentrale und Auftraggebern ist beispielsweise als
herkömmliche
ISDN-Leitung ausgebildet. Weiterhin ist in der Fig. die Art der
zwischen dem Beobachtungsmittel 10, dem Verwaltungsmittel 11 und
dem Planungsmittel 12 ausgetauschten Daten dargestellt.
Das Beobachtungsmittel 10, das Verwaltungsmittel 11 und das
Planungsmittel 12 können
entweder in Form einer gemeinsamen Recheneinheit, beispielsweise
eines leistungsfähigen
Prozessors, vorliegen, oder es können
separate Recheneinheiten, beispielsweise untereinander vernetzte
Prozessoren, verwendet werden. Natürlich sind auch beliebige Mischformen möglich.
Das Beobachtungsmittel 10 filtert
die von der Verkehrszentrale 20 bereitgestellten aktuellen
und prognostizierten Reisezeiten entsprechend den Anforderungen
des Systems 1, berechnet benötigte kürzeste Wege und Reisezeiten
für zu
bestimmende Tourenpläne
und überwacht
ausgewählte
zurückzulegende
Wege auf Änderungen.
Die Funktion des Beobachtungsmittels 10 wird nachfolgend
näher erläutert.
Das Planungsmittel 12 führt ein
zumindest teilweises Abarbeiten von Tourenpläne als Simulationsrechnung
durch. Als Ergebnis eines jeweiligen Rechenlaufes des Planungsmittel 12 muss
zumindest eine Entscheidung über
die nächste
Aktion bestimmt werden. Die automatisierte Auswahl einer oder mehrerer
Aktionen wird beispielsweise von einem Zuweisungsalgorithmus ("assignment algorithm") oder einem Einsetzungsalgorithmus
("insertion algorithm") durchgeführt. In
jedem Fall ist ein frei wählbarer
Planungshorizont ("Vorausschauzeit") gegeben, d.h. es
wird eine beliebige Anzahl weiterer, zeitlich später liegender Ereignisse mit
berücksichtigt.
Ein jeweiliger Rechenlauf des Planungsmittels 12 wird vom
Verwaltungsmittel 11 angesteuert. Dafür wird dem Planungsmittels 12 vom
Verwaltungsmittel 11 ein derzeitiger Zustand, umfassend
Information über
die Fahrzeuge der Flotte, Aufträge,
Reisezeiten und die derzeit bestimmte Folge in der die Aufträge von den
Fahrzeugen der Flotte abzuarbeiten sind (entsprechend den Routen),
bereitgestellt. Nach einem jeweiligen Rechenlauf des Planungs mittels 12 werden
dem Verwaltungsmittel 11 neu bestimmte Folgen abzuarbeitender
Aufträge
bereitgestellt, die natürlich
ganz oder zum Teil auch den alten Folgen entsprechen können.
Zentraler Bestandteil des Systems 1 ist
das Verwaltungsmittel 11. Das Verwaltungsmittel 11 steuert
den Austausch von Daten und verwaltet die Fahrzeuge der Flotte,
die Aufträge,
die Tourenpläne
und die verwendeten Reisezeiten. Dazu verfügt das Verwaltungsmittel 11 über bidirektionale
Verbindungen mit dem Beobachtungsmittel 10, dem Planungsmittel 12 sowie
den weiteren, in der Fahrzeugsteuerungszentrale angeordneten Komponenten
wie dem Speichermittel und dem Kommunikationsmittel. Das Verwaltungsmittel 11 stellt
weiterhin die Kommunikation sowohl auf der Eingabe- als auch auf
der Ausgabeseite des Systems 1 sicher. Auf der Eingabeseite empfängt das
Verwaltungsmittel 11 Nachrichten, welche Ereignissen entsprechen,
beispielsweise "Eintreffen
eines neuen Auftrages" oder "Fahrzeugseitige Erledigung
eines Auftrages".
Auf der Ausgabeseite werden beispielsweise Information an einen
Auftraggeber über
Erledigung eines Auftrages oder Anweisungen an ein Fahrzeug über einen
nächsten
Auftrag gesendet. Andere eingabeseitige Nachrichten wie "Fahrzeugdefekt" oder ausgabeseitige
Informationen wie "Ablehnung
eines Auftrages" sind
ebenfalls vorgesehen.
Für
die Optimierung wird ein Kostenkriterium verwendet, zur Minimierung
von Kosten und Verzögerungen.
Kosten entstehen beispielsweise durch Leerfahrten eines Fahrzeuges
zum Startort eines Auftrages (Kosten für Leerfahrten). Durch die Verwendung
dynamischer Reisezeiten werden weitere Kosten berücksichtigt,
welche durch die jeweilige Länge
von Fahrzeiten entstehen (Kosten für Fahrzeit). Weiterhin entstehen
Kosten beim Warten an einem Startort eines Auftrages, wenn die Startzeit
des Auftrages noch nicht erreicht ist, da ein Fahrzeug in dieser
Wartezeit ja keinen Auftrag abarbeiten kann (Kosten für Wartezeit).
Außerdem
wird eine verzögerte
Abarbeitung eines Auftrages berücksichtigt (Kosten
für Verzöge rung).
Kosten, die bei Leerfahrten oder Reisezeitverzögerungen bei Auftragsfahrten entstehen,
werden als lineare Funktion der Reisezeit gebildet. Kosten für Wartezeit
und Verzögerung
werden als quadratische Funktionen der Zeit angenommen. Abhängig vom
jeweils verwendeten Simulationsalgorithmus werden weitere Kosten
berücksichtigt,
beispielsweise wenn besonders eilige Aufträge verzögert werden.
Das Ereignis "Änderung
einer aktuellen oder prognostizierten Reisezeit" wird nicht direkt von der Verkehrszentrale 20 an
das Verwaltungsmittel 11 übertragen. Stattdessen wird
ein derartiges Ereignis vom Beobachtungsmittel 10 an das
Verwaltungsmittel 11 übertragen.
Denn das Verwaltungsmittel 11 hat, anders als bei herkömmlichen
Flottenmanagementsystemen, keinen Zugriff auf eine Datenbank mit
aktuellen und/oder prognostizierten Reisezeit für relevante Wegstrecken bei
der Verkehrszentrale 20. Statt dessen ist jeweils eine
Anfrage des Verwaltungsmittels 11 an das Beobachtungsmittel 10 vorgesehen, um
Reisezeit für
relevante Wegstrecken zu erhalten. Daraufhin berechnet das Beobachtungsmittel 10 die relevanten
kürzesten
Wege und stellt dem Verwaltungsmittel 11 diese und/oder
die entsprechenden Reisezeiten bereit. Weiterhin kann das Beobachtungsmittel 10 dem
Verwaltungsmittels 11 relevante Entfernungen bereitstellen,
beispielsweise wenn eine Minimierung von Entfernungen angefordert
ist. Auch eine Folge von Netzkanten kann das Beobachtungsmittel 10 dem
Verwaltungsmittels 11 bereitstellen, beispielsweise wenn
ein Fahrzeug kurzfristig umdirigiert werden soll, um einen neuen
Auftrag zu bearbeiten.
Eine Anfrage des Verwaltungsmittels 11 an das
Beobachtungsmittel 10 kann vorsehen, dass ein zurückzulegender
Weg fortlaufend überwacht
wird. Präzise
gesprochen bedeutet das Überwachen
eines zurückzulegenden
oder vorgeplanten Weges, dass der oder die diesem zurückzulegenden
Weg zugrunde liegenden kürzesten
Wege überwacht
werden. Dabei wird auf Anforderung vom Verwaltungsmittels 11 eine
aktuelle Liste solcher Reise zeiten dieses zurückzulegenden Weges vom Beobachtungsmittel 10 an
das Verwaltungsmittels 11 gesendet, die sich seit der letzten
Anfrage um einen vorgebbaren Wert geändert haben. Um eine übermäßige Rechenbelastung
zu vermeiden, ist dabei vorgesehen, dass das Beobachtungsmittel 10 dabei
vom Verwaltungsmittels 11 über solche zurückzulegenden
Wege informiert wird, die nicht mehr überwacht werden sollen. Dabei
ist eine Anforderung geänderter
Reisezeiten grundsätzlich
jederzeit möglich.
Zur weiteren Reduzierung der benötigten
Rechenleistung kann auch vorgesehen sein, dass eine Anforderung
geänderter Reisezeiten
nur bei einem jeweiligen Ereignis durchgeführt wird. Da Ereignisse üblicherweise
in schneller Folge auftreten, stellt dies keine große Einschränkung dar.
Damit fällt
das Ereignis " Änderung
einer aktuellen oder prognostizierten Reisezeit" jeweils mit einem anderen Ereignis
zusammen. Angemerkt sei noch, dass das Beobachtungsmittel 10 vollständig vom
Verwaltungsmittels 11 gesteuert wird, d.h. nur reaktiv
verwendet wird.
Die Funktion des Beobachtungsmittels 10 wird
nachfolgend näher
erläutert.
Das Beobachtungsmittel 10 hat dabei die Funktion eines "Filters" zwischen der Verkehrszentrale 20 und
dem Verwaltungsmittel 11. Das Beobachtungsmittel 10 bestimmt kürzeste Wege
im betrachteten Wegenetz, berechnet Reisezeiten und überwacht
auftretende Verkehrsstörungen
jeweils unter Verwendung aktueller Daten. Ergebnisse zu den relevanten
kürzesten
Wegen stellt das Beobachtungsmittel 10 dem Verwaltungsmittel 11 bereit.
Dafür werden
dem Beobachtungsmittel 10 von der Verkehrszentrale 20 aktuelle
Daten verfügbar
gemacht. Die Verkehrszentrale 20 sammelt Information über den
Verkehrszustand im betrachteten Wegenetz aus unterschiedlichen Quellen,
beispielsweise Meldungen der Polizei, Schleifendaten und FCD ("Floating Car Data"), und ordnet diese
Daten einer digitalen Straßenkarte
zu. Anschließend
werden aus den zugeordneten Daten aktuelle und zukünftige (prognostizierte)
Reisezeiten für
die einzelnen Segmente der digitalen Straßenkarte abgeleitet. Prognosen über zukünftige (erwartete)
Reise zeiten werden beispielsweise unter Verwendung statistischer
Methoden aus gespeicherten Werten durch Berücksichtigung erwarteter Variationen,
z.B. tageszeitlicher, und aktueller Variationen, z.B. Baustellenmeldungen
oder Polizeimeldungen, gewonnen. Im Falle von beispielsweise Unfällen oder
Verkehrsstörungen
(unerwartete Reisezeiten) werden Änderungsmeldungen ("delta reports") erstellt. Das System 1 ist
mit der Verkehrszentrale 20 beispielsweise über eine
ISDN-Leitung zur Verfügbarmachung
der Daten verbunden.
Die Kommunikation zwischen dem Beobachtungsmittel 10 und
der Verkehrszentrale 20 wird nun dargelegt. Das Beobachtungsmittel 10 wird
bei der Verkehrszentrale 20 als Datennutzer registriert
und stellt seine Datenanforderungen und sein zu betrachtendes Wegenetz
der Verkehrszentrale 20 breit. Anschließend empfängt das Beobachtungsmittel 10 dynamische
Reisezeiten, d.h. aktuelle und prognostizierte Reisezeiten und Änderungsmeldungen
in festlegbaren Zeitabständen,
beispielsweise jede Minute, ohne weiteres Mitwirken. Die empfangenen
Daten werden für
das Beobachtungsmittel 10 zugreifbar gespeichert, beispielsweise
auf einer herkömmlichen Festplatte.
Die Daten umfassen beispielsweise eine Prognose von Reisezeiten
für die
Vorausschauzeit von einer Stunde und aktuelle Verkehrsstörungen alle
fünf Minuten.
Voraussetzung für
eine korrekte Funktion ist dabei, dass das System 1 und
die Verkehrszentrale 20 die exakt gleiche digitale Straßenkarte
verwenden. Dies kann beispielsweise über eine Versionsverwaltung
der jeweils eingesetzten Straßenkarten
sichergestellt werden, wobei geänderte Daten
betreffend die digitale Straßenkarte
dem Beobachtungsmittel 10 von der Fahrzeugsteuerungszentrale 20 verfügbar gemacht
werden.
Bei einer Anforderung vom Verwaltungsmittel 11 an
das Beobachtungsmittel 10 werden zur Bestimmung kürzester
Wege die drei Funktionen SPF ("Shortest
Paths Forwards"),
SPB ("Shortest Paths Backwards") und SPI ("Shortest Paths in
Intervals") verwendet.
Die Funktion
SPF (t0, Startpunkt, {Liste
von Zielpunkten})
bestimmt den "Wegebaum" als eine Anzahl von kürzesten
Wegen, ausgehend vom Startpunkt jeweils zu einem der Zielpunkte
aus der Liste, für
die Startzeit t0. Die Funktion
SPB
(t1, {Liste von Startpunkten}, Zielpunkt)
bestimmt
den "Wegebaum" als eine Anzahl
von kürzesten
Wegen, ausgehend von jeweils einem der Startpunkte aus der Liste,
zum Zielpunkt für
die Ankunftszeit t1. Die Funktion
SPI
(t0, tmax, Δt, Startpunkt,
Zielpunkt)
bestimmt den kürzesten
Weg von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt für verschiedene Abfahrtszeiten
t
= t0 + k·Δt (k = 0, 1, 2, ...) so dass
t ≤ tmax.
Alle Funktionen bestimmen neben einem
jeweiligen kürzesten
Weg auch noch Reisezeit und Länge
dieses Weges. Den jeweiligen Wegen werden eindeutige Nummern zugewiesen
und so eine schnelle Zuordnung sichergestellt. Eine genaue Liste der
entsprechenden Segmenten eines jeweiligen Weges kann ebenfalls abgerufen
werden. Sind die Start- und/ oder Zielorte eines Auftrages noch
nicht geographischen Koordinaten zugeordnet, so werden zuerst die
Positionen der Start- bzw. Zielorte des Auftrages in Referenzierungen
in der verwendeten digitalen Straßenkarte umgewandelt. Dazu
wird beispielsweise eine spezifizierte Adresse oder eine geographische
Position ausgewertet.
Zur Bestimmung der kürzesten
Wege wird ein modifizierter Dijkstra-Algorithmus eingesetzt. Ein solche
ist beispielsweise in R.K. AHUJA, T.L. MAGNANTI, J.E. ORLIN, "Network Flows", Prentice hall, Englewood,
1993, Seite 113 ff beschrieben. Für die Erfindung wurde dieser
Algorithmus derart weiterentwickelt, dass er auch zeitabhängige Reisezeiten
verarbeiten kann. Es werden dabei stückweise konstante Reisezeiten
zusammen mit einer Glättungsfunktion
zur Vermeidung von Unstetigkeitsstellen verwendet.
Der Kern der Funktion SPF ist nachfolgend dargelegt.
Es werden die Variablen
t(a), Ankunftszeit am Kopf des Segmentes
a,
p(a), Vorgänger-
Segment von Segment a im Baum der kürzesten Wege, bestimmt.
Der programmtechnische Ablauf ist
in Pseudocode dargestellt.
queue := ⌀; D := ⌀;
for all arcs a do
t(a)
:= o;
p(a) := infinite;
for all outgoing arcs a of origin
do
insert a into queue;
t(a) := t0 +
travel time on arc a [at given departure time];
insert all
incoming arcs of all places of destination into D; while (queue
is not empty) do
select k ∊ queue with t(k) ≤ t(a) ∀ a ∊ queue;
if
(k ∊ D) and (t(a) ≤ t(k) ∀ a ∊ D)
then
return;
for each [permitted] successor arc s of k do
t
:= travel time on arc s [at departure time t(k)];
if (t(k)
+ t < t(s))
then
t(s) := t(k) + t;
p(s) := k;
insert s into queue;
Dabei bezeichnet "arc" ein
Segment im Netzwerk, "origin" den Startpunkt und "destination" den Zielpunkt. Die
Ausdrücke
in eckiger Klammerung im Pseudocode bezeichnen dabei den Unterschied
zu herkömmlichen
Methoden. Die Funktion SPB arbeitet analog zu der Funktion SPF,
aber rückwärts von
der gegebenen Ankunftszeit.
Die Effizienz des Algorithmus hängt von
der Implementierung und besonders von den verwendeten Datenstrukturen
ab. Beispielsweise werden bei Berechnungen über eine Behandlung von Speicheradressen
("pointern") anstelle realer
Daten hohe Rechengeschwindigkeiten erreicht, und geeignete Verknüpfungen
der Segmente gewählter
kürzester Wege
garantieren schnellen Datenzugriff. Durch die entsprechende Codierung
hängt die
Komplexität
von SPF und SPB nicht von der Anzahl der Ziel- bzw. Startpunkte ab. Demzufolge werden
vom Verwaltungsmittel 11 die Anfragen nach Wegen vom selben Startort
oder zum selben Zielort jeweils zusammengefasst. Zur Einsparung
von Rechenzeit wird von der Funktion SPI der kürzeste Weg nur einmal berechnet.
Für die
bestimmte Folge der Segmente werden dann in einem zweiten Schritt
die Reisezeiten für
alle Segmente für
andere Abfahrtszeiten in gleichförmigen
Intervallen, beispielsweise 1 Minute, bestimmt.
Die Funktionen SPF, SPB und SPI zur
Bestimmung kürzester
Wege wirken mit dem ereignisgesteuerten Mechanismus gut zusammen.
Wird eine feste Schrittweite bei den Ereignissen vorgesehen, ermöglicht dies
eine entsprechende Vorausbestimmung kürzester Wege, da ja die entsprechenden
Zeiten jeweils als ein Vielfaches der Schrittweite auftreten. Hiermit
wird eine einfache Integration prognostizierter Reisezeiten in die
Simulationsrechnung erzielt. Auch die Änderungen prognostizierter
Reisezeiten bei der Überwachung
von kürzesten
Wegen ist gewährleistet.
Zur Verminderung der Rechenbelastung kann hier vorgesehen werden,
nur die jeweils kürzesten
Wege zu überwachen.
Es ist vorgesehen, dass das Verwaltungsmittel 11 das
Beobachtungsmittel 10 darüber informiert, das die von
den drei Funktionen SPF, SPB und SPI bestimmten kürzesten
Wege überwacht
werden. Alle Änderungen
von Reisezeiten, welche die Verkehrszentrale 20 dem Beobachtungsmittel 10 bereitstellt, werden
daraufhin überprüft, ob sie
einen der vom Beobachtungsmittel 10 bestimmten kürzesten
Wege betreffen. Dafür
prüft das
Beobachtungsmittel 10, ob ein entsprechendes Segment mit
geänderter
Reisezeit Teil eines jeweiligen kürzesten Weges ist. Zur rechentechnischen
Behandlung wird eine Datenstruktur verwendet, die jedes Segment
mit dynamischen Reisezeiten mit jenen bestimmten kürzesten
Wegen verknüpft
("pointer"), welche dieses
Segment umfassen. Wenn die Verkehrszentrale 20 dem Beobachtungsmittel 10 Information über eine
Verkehrsstörung in einem
speziellen Segment bereitstellt, wird in einem ersten Schritt nur
die aktuelle Reisezeit aller kürzesten
Wegen, welche dieses Segment umfassen, geändert. Wenn sehr schwerwiegende
Verkehrsstörungen
vorliegen, werden zusätzlich
die Reisezeiten von solchen Segmenten geändert, die sich an das spezielle
Segment anschließen.
Für den
Fall, dass eine Totalsperrung vorliegt, wird ein neuer kürzester Weg
bestimmt.
Nach einer Ansteuerung durch das
Verwaltungsmittel 11 sendet das Beobachtungsmittel 10 Information über seit
der letzten Ansteuerung geänderte
Reisezeiten an das Verwaltungsmittel 11. Um häufige Neuberechnungen
durch das Verwaltungsmittel 11 zu vermeiden, werden Grenzwerte
verwende. Nur bei einer Überschreitung
solcher Grenzwerte wird eine Information gesendet.