In den letzten Jahrzehnten wurde eine Reihe von Planungsproblemen im Verkehrswesen, insbesondere im ÖPNV, intensiv aus wirtschaftlicher und organisatorischer Perspektive untersucht. Einige Lösungsansätze kommen bei der Optimierung in Betracht, von denen einzelne durch eine Reihe von intensiven Simulationen bereits für die Praxis getestet wurden. Unter gleichzeitiger Berücksichtigung von Erfolg und Aufwand kommen in erster Linie die heuristischen Verfahren und. deren Kombination in der Forschung und Simulation in Frage. Das in diesem Werk behandelte Problem befindet sich auf der strategischen Planungsebene. Es geht um die Einrichtung oder Stilllegung der Haltestellen im Bahnnetzwerk, unter der Voraussetzung, dass die Streckenplanung bereits abgeschlossen wurde. In dieser Arbeit wird neben einzelnen heuristischen Lösungsverfahren auch das exakte Verfahren der Dynamischen Programmierung untersucht. Durch die mathematische Modellierung und Optimierung sowie Implementierung an einem Praxisbeispiel kann die Effizienz der Dynamischen Programmierung im Detail veranschaulicht werden. In der Arbeit wurde eine kleine Umfrage einbezogen, um festzustellen, ob einzelne in den vergangen Studien angenommene Restriktionen heutzutage noch tauglich wären. Zur Beurteilung der Komplexität der Probleme werden Matlab und Excel hinzugezogen.

Textprobe: Kapitel 2, Planungsbereiche im Eisenbahnverkehr: 2.1, Einblick in den öffentlichen Schienenpersonennahverkehr: Bevor wir auf wichtige Planungsprobleme eingehen, werden hier zunächst einzelne Grundbegriffe im ÖPNV kurz erläutert. Wie bereits in der Einleitung erwähnt, dass der öffentliche Personenverkehr nach Zugang, Verkehrsmittel und Entfernung unterschiedlich klassifiziert werden kann. Hier kann der ÖPNV weiterhin in den sog. Schienenpersonennahverkehr (kurz: SPNV) und den Straßenpersonennahverkehr unterteilt werden. Die erstere Kategorie umfasst den Regional-Express (kurz: RE), die Regionalbahn (kurz: RB) und die S-Bahn, während die Hauptverkehrsmittel der letzteren Kategorie die U-Bahnen, Stadtbahnen und Straßenbahnen sowie Linienbusse umfassen. Da der Intercity-Express (kurz: ICE) bzw. Intercity (kurz: IC) im Rahmen des Schienenpersonenfernverkehrs (kurz: SPFV) ausschließlich an ICE-Bahnhöfen stoppt, die sich vor allem in einigen Metropolen bzw. Hauptstädten befinden, werden diese Bahnhaltstellen in dieser Arbeit nicht als Schwerpunkt betrachtet. In der vorliegenden Arbeit stehen solche Bahnhaltstellen im Vordergrund, die sich zwischen zwei Hauptbahnhöfen befinden und überwiegend vom SPNV wie RE bzw. RB benutzt werden. Nach Angaben der Deutschen Bahn AG hat der ICE im SPFV in den vergangen Jahren acht bis zehn Prozent des Konzernumsatzes erbringt und ca. 78 Mio. Fahrgäste haben 2010 mit ICE als ihre Reisemittel benutzt, während der von der DB Regio AG betriebene SPNV jährlich mehr als 1,8 Milliarden Fahrgäste zu ihrem Ziel gebracht hat. Daraus kann man sehen, dass die Kunden im SPNV im alltäglichen Wirtschaftsleben von besonderer Bedeutung sind. Als Bestandteil des SPNV spielen diese relativ kleineren Bahnhaltpunkte entlang der Bahnstrecke auch eine wichtige Rolle, da ihre Anzahl, Qualität sowie Position in engem Zusammenhang mit der Verkehrsqualität der Bahnen stehen. Vor der Diskussion über einzelne wichtige Planungsprobleme im Eisenbahnverkehr sollte hier auch eine Zuordnung dieser Planungsprobleme zu unterschiedlichen Ebenen vorgenommen werden. Nach Schöbel lassen sich diese Planungsaufgaben in zwei Ebenen, also strategische und operative Ebene, unterteilen. Die typischen Planungsprobleme auf strategischer Ebene umfassen das Netzwerkdesign (engl: Network planning), Linienplanung (engl: Line planning), Fahrplanerstellung (engl: Timetabling) und Tarifplanung bzw. Fahrpreisplanung (engl: Tariff planning), während die typischen Planungstätigkeiten auf operativer Ebene bspw. das sog. Verspätungsmanagement (engl: Delay management) und Re-scheduling etc., umfassen. Eine andere Klassifizierung kann aus betriebswirtschaftlicher Sicht erfolgen, danach die oben genannten Planungsprobleme in drei Kategorien, also Angebotsplanung, Betriebssteuerung und Betriebsplanung unterteilt werden können. Die Angebotsplanung umfasst die Entscheidungen der Infrastruktur und Fahrplanerstellung, während die typische Hauptaufgabe der Betriebssteuerung das Verspätungs- und Störungsmanagement umfasst. Die Planungsprobleme der dritten Kategorie sind die Erstellung und Optimierung von Fahrzeug- und Personaleinsatz. Daraus kann man eindeutig sehen, dass die sog. Angebotsplanung vorwiegend die Planungsaufgaben auf strategischer Ebene enthält, während die Betriebsplanung und –steuerung quasi die Planungsaufgaben im operativen Bereich umfassen. Nach Bissieck und Zimmermann werden die Netzwerkplanung, Linienplanung und Fahrplanung bzw. Fahrlagenplanung als strategische Planungsprobleme angesehen, während die Fahrzeug- und Personaleinsatzplanung als die Planungsprobleme auf der taktischen Ebene definiert werden. Selbst kann dasselbe Planungsproblem zu verschiedenen Ebenen zugeordnet werden. In diesem Kapitel sollten ausschließlich einzelne wichtige Planungsbereiche im Eisenbahnverkehr vorgestellt werden, wird es jedoch auf eine detaillierte Diskussion über den Planungsablauf verzichtet. All diese Planungsprobleme können grundsätzlich sowohl im Eisenbahnverkehr als auch im Bus- und Flugverkehr auftreten. Seit einigen Jahrzehnten werden ihre Lösungen bzw. Optimierungen durch mathematische Modelle unterstützt. Die Planungsprobleme im Bahn-, Bus-, und Flugverkehr könnten zu einem gewissen Grad ähnlich bzw. vergleichbar sein, jedoch nicht gleich. So Borndörfer, R., Grötschel, M. und Jaeger, U. in ihrem Artikel ‘Planung von öffentlichen Personenverkehr (2008)’: ‘Technische und organisatorische Gegebenheiten sowie das Marktumfeld beeinflussen die Gliederung der Planungsprozesse und die Ausgestaltung der einzelnen Aufgaben, was wiederum Rückwirkungen auf den mathematischen Zugang hat’. 2.2, Einzelne Planungsprobleme im Eisenbahnverkehr: 2.2.1, Netzwerkdesign bzw.-planung: Die Netzwerkplanung ist die Planungsaufgabe auf strategischer Ebene bzw. Problem in der Angebotsplanung. Die Hauptaufgabe der strategischen Netzwerkplanung konzentriert sich in erster Linie auf das Design einer Wertschöpfungskette über einen langfristigen Planungshorizont, der in der Regal drei bis zehn Jahre dauert, wie Auswahl der Produktionsstandorte oder Aufbau der Distributionsnetzwerke. Wenn man die Eisenbahnnetzwerke mit dem Supply Chain von traditionellen produktiven Unternehmen vergleicht, kann man darauf erkennen, dass das Bahnsystem trotz Besonderheiten seiner Produktangebote auch eine gewisse Ähnlichkeit im Hinblick auf ihre Supply-Chain-Konstruktion wie andere traditionelle Unternehmen aufweist. Die wesentlichen Bestandteile eines Bahnnetzes sind also die Bahnhöfe, bei deren es sich um die Hauptbahnhöfe in Großstädten sowie auch die mittelgroßen und kleinen Bahnhaltepunkte handeln kann, und die Strecken, die zur Verbindungen zwischen zwei Haltestellen dienen. In diesem Sinne könnten die Bahnhöfe bzw. Haltestellen als Logistikknoten im Eisenbahnsystem angesehen werden. Die typischen Planungsprobleme der Netzwerkplanung im Eisenbahnverkehr können sich zum einen auf den Neubau von Strecken innerhalb einer bestimmten Region, zum anderen auf die Modifizierung bzw. Veränderung einer bereits bestehenden Bahnstrecke beziehen. Beim Neuaufbau von Strecken und Bahnhöfen handelt es sich in der Praxis um ein sehr komplexes, viele unterschiedliche Faktoren umfassendes Planungssystem, das in der Regel nur durch hierarchische Zerlegung in unterschiedliche aufeinander aufbauende Teilprobleme gelöst werden muss. Derartige Projekte sind in der Regel mit sehr hoher Investitionssumme verbunden und die Entscheidungen werden von verschiedenen Fachgruppen wie Technikern, Wissenschaftlern, Politikern sowie auch Fahrgästen gemeinsam getroffen, um die verschiedenen Zielsetzungen möglichst ausgewogen zu berücksichtigen. Ein gutes Bespiel ist das Projekt ‘Stuttgart 21’ in der 90er Jahre. Seit langer Zeit wurde eine Reihe von Machbarkeitsstudien im Hinblick auf die technische, finanzielle Realisierbarkeit, Wirtschaftlichkeit des Projektes, potentielle Vor- und Nachteile für die Stadt und Region durchgeführt. Bis heute ist das Projekt noch umstritten. Der Grund dafür ist, dass die Entscheidungen über das strategische Netzwerkdesign über einen langfristigen Zeitraum nachwirken und selbst ein unerheblicher bzw. kleiner Fehler auf der strategischen Ebene extrem hohe Kosten und sonstige Aufwendungen verursachen könnten. Da die heutige Netzwerkstruktur im Eisenbahnverkehr in einem erheblichen Umfang aus historischen Gründen bereits fixiert ist, sind heutzutage solche Megaprojekte im Eisenbahnverkehr wie ‘Stuttgart 21’ selten. In der Praxis sind die hauptsächlichen Probleme der Netzwerkplanung im Bahnverkehr, insbesondere im SPNV, nicht Design bzw. Entwurf von neuen Bahnnetzwerken, sondern Modifikationen bzw. Veränderungen der vorhandenen Netzwerkstruktur, wie beispielsweise: a). Bau von neuen Bahnhöfen in einer bestehenden Netzwerkstruktur. b). Schließung der vorhandenen Bahnhaltestellen. c). Finden von Subnetzwerken. d). Neu- oder Ausbau sowie Stilllegung einzelner vorhandenen Streckenabschnitte. Die Planung von Haltestellen im SPNV ist also ein Standortentscheidungsproblem in der Verkehrsplanung. Im Unterschied zur Standortbestimmung in der Ebene, bei der Jeder Punkt auf der Fläche ein potentieller Standort sein kann, handelt es sich bei der Bahnhofsplanung im Eisenbahnverkehr normalerweise um die Standortbestimmung in den Netzwerkmodellen. 2.2.2, Linienplanung: ‘Die Linienplanung ist nach der Netzwerkplanung in der Regel der zweite Schritt in der Gestaltung des Angebotes. Nachdem das Streckennetz festgelegt werden in diesem Schritt die Anzahl und Gestaltung der Linien bestimmt. Die hauptsächlichen Planungsaufgaben der Linienplanung sind es, Linienrouten zwischen einzelnen Endhaltestellen im Eisenbahnnetzwerk und ihre Häufigkeiten bzw. Taktfrequenzen festzulegen sowie mit einer bestimmten Art von Zügen zu versehen. Der wesentliche Grund dafür ist, dass die sog. direkten Ort – zu – Ort – Verbindungen für das gesamte Eisenbahnsystem in der Praxis kaum möglich sind. In Deutschland fahren der ICE/IC im SPFV zwischen einzelnen Hauptbahnhöfen, während die Regionalzüge wie RB auch in relativ kleineren Bahnhaltestellen stoppen. In einigen europäischen Ländern gibt es noch die sog. interregionalen Züge, die auch in einzelnen mittelgroßen Städten anhalten. Ein Eisenbahnsystem mit überwiegend Langdistanzverbindungen wäre heutzutage kaum denkbar, da das Gesamtsystem als solches bei Störungen bzw. Verspätungen von einzelnen Verbindungen instabil wäre. Auf der anderen Seite wäre eine direkte Verbindung über längere Distanz mit Ineffizienz von Zugeinsatz verbunden. Aus diesen Gründen benutzen viele Eisenbahnverkehrsunternehmen in Europa unterschiedliche Zuggattungen, um die Wünsche der Kunden und die Effizienz im Eisenbahnverkehr besser auszugleichen. In diesem Sinne sollte die Zielsetzung der Linienplanung so sein, aus einer Menge von potentiellen Linienrouten unter Berücksichtigung von Kundenwünschen und gegebenenfalls (kurz: ggf.) vorhandenen Restriktionen eine optimale Menge an Linien zu bestimmen. Seit einigen Jahrzehnten wurde die Linienplanung im öffentlichen Personenverkehr im Hinblick auf ihre verschiedenen Zielsetzungen untersucht. Eine typische Zielsetzung könnte die Minimierung der Betriebskosten des Linienplans oder Minimierung der Fahrzeiten/Umsteigezeiten der Fahrgäste sein. Aufgrund der bestimmten Ungewissheit bei der Kostenschätzung und der Unkenntnis des Fahrplans entstehen unter Umständen Schwierigkeiten bei der Linienplanung, da die Betriebskosten bzw. die Wartezeiten beim Umsteigen erst nach der Ermittlung von Einsatzplan bzw. Fahrplan zuverlässig geschätzt werden können. In der Studie von Bussieck (1998) wurden ein weiterer Ansatz, also die Maximierung der Anzahl der Fahrgäste ohne Umsteigen, also Anzahl der sog. Direktfahrer diskutiert. Die Minimierung der Betriebskosten aus Sicht der Eisenbahnverkehrsunternehmen und die Maximierung der Anzahl der Direktfahrer sind die derzeitig hauptsächlichen Forschungsgebiete im Bereich der Linienoptimierung. Mit der zunehmenden Leistungsfähigkeit der Computer ist heutzutage die gleichzeitige Berücksichtigung von mehreren Zielsetzungen und Restriktionen mit Hilfe von Optimierungssoftware wie CPLEX, HAUSTUS, MICROBUS etc. in öffentlicher Verkehrsplanung, vor allem im Busverkehr, bereits möglich.

• Standortplanung

• Schienenverkehr

• Bahnstrecke

• Weimar-Jena

• ÖPNV

Jian Qin, Diplom-Kaufmann, wurde 1980 in Hangzhou, VR China geboren. Sein BWL-Studium an der FSU Jena schloss er im Mai 2013 mit dem akademischen Grad des Diplom-Kaufmanns mit Studienschwerpunkten Operations Management bzw. Industriebetriebslehre sowie Rechnungslegung und Controlling. Bereits während des Studiums sammelte der Autor umfassende praktische Erfahrungen im Rahmen des Supply Chain Management und Controlling in Logistikunternehmen. Der Autor ist momentan wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl Logistik-Management an der Zhejiang Industry & Trade Vocational College in China und zuständig für die Lehre- und Forschungsaufgaben im Gebiet Operations Management, insbesondere Transport- und Distribution Management, Logistics Information Technology & Application und Logistics cost control.