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Bachelorarbeit: Automatisierte Anpassung der Linienführung in betrieblichen Fällen

Mit Algorithmen zum Fahrplan

Anstatt die Zuglinienplanung manuell vorzunehmen, sollen künftig Algorithmen automatisch die besten Verbindungen liefern. Die Absolventen Matteo Casanova, Andrej Kummrow und Timo Schmidt haben mit ihrer Bachelorarbeit im Studiengang Wirtschaftsingenieurwesen dazu beigetragen, dass dies bald möglich ist.

Smartrail 4.0 nennt sich ein Innovationsprogramm der Schweizer Bahnbranche. Darin verfolgen die verschiedenen Schweizer Bahnen ein gemeinsames Ziel: Sie wollen die Digitalisierung und das Potenzial neuer Technologien nutzen, um die Kapazität wie auch die Sicherheit weiter zu erhöhen und die Bahninfrastruktur effizienter zu nutzen. Auf diese Weise könnten Kosten gespart werden und damit die Wettbewerbsfähigkeit der Bahn längerfristig erhalten bleiben. Im Rahmen des Innovationsprogramms arbeiten die SBB gemeinsam mit dem ZHAW-Institut für Datenanalyse und Prozessdesign an einer Methodik, um den Prozess der Linienplanung zu optimieren und zu automatisieren. In ihrer Bachelorarbeit im Studiengang Wirtschaftsingenieurwesen haben Matteo Casanova, Andrej Kummrow und Timo Schmidt eine mögliche Lösung entwickelt.

Mit Daten füttern

Als konkrete Ausgangslage diente den Absolventen das Schienennetz der SBB in der Region Kerenzerberg. «In einem ersten Schritt haben wir das Schienennetz dieser Region in Form eines Public Transport Networks gebracht, also alle Stationen, Linien und die darauf verkehrenden Züge eingelesen», erklärt Andrej Kummrow. «Daraus haben wir anschliessend ein Angebotsnetz mit unterschiedlichen Zugkategorien erzeugt.» Damit ein Algorithmus daraus schliesslich die mögliche Linienführung berechnen kann, muss er mit allerhand Daten gefüttert werden. «Es geht vor allem um die Nachfrage, also wie viele Personen von welcher Station zu welcher Station wollen», erläutert Matteo Casanova. «Hinzu kommen aber auch Faktoren wie die Reisezeit und der Komfort, der wiederum mit den Zugkategorien und möglichen Umstiegen zusammenhängt.»

«Der Algorithmus liefert einen Pool von möglichen Linien, die attraktiv für die Passagiere und kostengünstig sind.» 

Matteo Casanova

Pool mit möglichen Linien

Auf welche Arten kann man von A nach B gelangen? Wo könnte die Linie durchfahren und wo halten? «Der Algorithmus beantwortet diese Fragen mit einem übersichtlichen Pool von möglichen Linien, die attraktiv für die Passagiere und kostengünstig sind», sagt Matteo Casanova. «So hat man sehr schnell eine Übersicht aller Möglichkeiten, anstatt alles von Hand nachzurechnen.» Die Absolventen haben ihren Algorithmus in der Programmierumgebung R entwickelt. Das Ein- und Auslesen der Daten funktioniert aber denkbar einfach mit Excel. Angewendet wurde der Algorithmus bisher für das Schienennetz in der Region Kerenzerberg. Die entwickelte Lösung könnte aber grundsätzlich überall zum Einsatz kommen, wo die benötigten Daten zur Verfügung stehen.

Kurzfristig Alternativen finden

Der Algorithmus liefert einen Pool an guten Vorschlägen – welche Linienführung schliesslich in einem konkreten Fall die allerbeste ist, bleibt derzeit noch in menschlichem Ermessen. Aber auch dieses Auswahlverfahren könnte künftig automatisiert werden. Testweise haben die Absolventen bereits einen Linienplanungsalgorithmus eingesetzt. Sicher ist schon jetzt: Die Automatisierung spart viel Zeit. «Mit unserer Lösung sind auch kurzfristige Anpassungen möglich», sagt Timo Schmidt. «Muss eine Linie beispielsweise aufgrund einer Baustelle umgeleitet werden, zeigt der Algorithmus schnell alle möglichen Alternativen auf.» Die Absolventen sind davon überzeugt, dass ihre Lösung künftig Anwendung finden wird.

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