Kysyntäohjautuva joukkoliikenne ja dynaaminen matkansuunnittelu. Lauri Häme

Transkriptio

1 Kysyntäohjautuva joukkoliikenne ja dynaaminen matkansuunnittelu Lauri Häme

2 Tausta Kysyntäohjautuvan joukkoliikenteen tutkimusprojekti Metropol Aalto-yliopisto, Tekes, Liikenne- ja viestintäministeriö, HSL, Liikennevirasto Kutsuplus-palvelun kokeilu Helsingissä Lautta.net - vesiliikenteen aikataulupalvelu > Liikennevirasto, Varsinais-Suomen ELY-keskus

3 Esityksen sisältö 1. Reitinlaskenta kysyntäohjautuvassa joukkoliikentessä 2. Dynaaminen matkansuunnittelu joukkoliikenneverkossa 3. Käytännön kokemuksia

4 Reitinlaskenta kysyntäohjautuvassa joukkoliikenteessä

5 Kysyntäohjautuva joukkoliikenne Joukko ajoneuvoja palvelee asiakkaita matkatilausten perusteella Aikaisin lähtöaika, myöhäisin perilläoloaika, lähtöpiste, päätepiste Matkoja voi tilata joko ennakkoon tai reaaliaikaisesti Ovelta tai pysäkiltä ovelle tai pysäkille Ajoneuvo voi samanaikaisesti kuljettaa asiakkaita joilla on eri noutopisteet ja/tai määränpäät Järjestelmä mahdollistaa eritasoisten ja -hintaisten palvelutyyppien tarjoamisen Enemmän pelivaraa ajoneuvon reitillä = pidempi matka-aika, edullisempi matka Sisältää myös perinteisen taksin tarjoaman matkatyypin

6 Reitinlaskenta, esimerkki

7 Reitinlaskenta, esimerkki

8 Reitinlaskennan mallit Traveling salesman problem (TSP) Tavoitteena on etsiä lyhin reitti joka kulkee kaikkien annettujen pisteiden kautta, kun pisteiden väliset etäisyydet tunnetaan Vehicle routing problem (VRP) Tavaroiden kuljetus K ajoneuvoa, N pistettä Dial-A-Ride problem (DARP) Henkilökuljetus -> tiukat aika- ja kapasiteettirajoitukset -> rajoiteoptimointi (pyritään löytämään rajoitteita kunnioittava ratkaisu) Dynaaminen ongelma -> sarja staattisia ongelmia

9 Aikaikkunat

10 Sijoittelualgoritmi (insertion algorithm) Sijoitetaan kukin asiakas jonkin ajoneuvon reitille muuttamatta aiempien nouto- ja toimituspisteiden järjestystä Sijoitus tehtävä aika- ja kapasiteettirajoitusten puitteissa Sijoittelussa käytettävä tavoitefunktio esim: min (palvelutason heikentyminen + reitin pitenemä) Asetetaan uusi asiakas sen ajoneuvon reitille, jolla reitti pitenee ja palvelutaso heikkenee mahdollisimman vähän

11 An adaptive insertion algorithm for the single-vehicle dial-a-ride problem with narrow time windows, 2011, EJOR Pidetään mahdollisia reittejä muistissa ja suoritetaan uuden asiakkaan sijoittelu kaikkiin mahdollisiin reitteihin -> aiempien reittipisteiden järjestys voi muuttua Eksakti algoritmi ja heuristiikka, jossa mahdollisten reittien määrää rajoitetaan keinotekoisesti -> hallittava kompleksisuus

12 A Maximum Cluster Algorithm for Checking the Feasibility of Dial-A-Ride Instances, 2013, Transportation Science Ahne algoritmi usean ajoneuvon reitinoptimointiin: Määrätään kullekin ajoneuvolle yksi kerrallaan mahdollisimman monta asiakasta rajoitusten puitteissa Algoritmi tuottaa nopeasti käyvän ratkaisun ongelmaan tai toteaa että ongelmaan ei ole käypää ratkaisua Menetelmän avulla voidaan selvittää onko mahdollista ottaa uusi matkatilaus nykyisillä ajoneuvoilla niin että aikarajat pitävät kaikkien asiakkaiden osalta

13

14 Päätelmät, reitinlaskenta Useimmat menetelmät perustuvat Branch and bound -tekniikkaan Eksaktit ratkaisut ovat laskennallisesti vaativia -> heuristiikkojen tutkimus Kompleksisuus riippuu asiakkaiden määrästä N suhteessa ajoneuvojen määrään K Henkilökuljetuksessa ilmenevät tiukat rajoitukset helpottavat ongelman ratkaisua

15 Dynaaminen matkansuunnittelu joukkoliikenneverkossa

16 Dynaaminen matkansuunnittelu Reitin ja aikataulun suunnittelu matkustajan näkökulmasta (reittiopas) Oletetaan joukkoliikennepalvelujen reitit tunnetuiksi tietyn aikahorisontin sisällä (esim. 1 tunti) Dynaaminen malli: Liikennepalvelujen ajoajat ovat satunnaisia joten suunnitelmaa saattaa joutua muuttamaan reitin aikana Tavoitteena on laatia dynaaminen suunnitelma joka maksimoi todennäköisyyden ehtiä perille ennen määriteltyä aikarajaa Dynamic journeying under uncertainty, EJOR 2013

17 Perinteinen vs. dynaaminen matkansuunnittelu

18 Satunnaiset ajoajat Gammajakauma: pidemmällä tulevaisuudessa ohitusajat ovat epävarmempia

19 Matkaketjun vaihtojen onnistumistodennäköisyydet Pysäkkiverkko, pysäkkien välillä etapit (liikennevälineessä tai kävellen) Etappien verkko, etappien välillä siirtymätodennäköisyydet

20 Ehdolliset siirtymätodennäköisyydet, esimerkki Tiukan vaihdon onnistuminen liikennevälineestä toiseen tarkoittaa sitä, että jälkimmäinen liikenneväline on todennäköisesti ollut myöhässä Liikennevälineen lähtöaika tasaisesti jakautunt välillä [0,1] ja ajoaika tasaisesti jakautunt välillä [1,2] -> saapumisaika noudattaa kolmiojakaumaa (valkoiset jakaumat). Onnistunut vaihto liikennevälineestä toiseen muuttaa ehdollista jakaumaa (harmaat jakaumat)

21 Optimaalisen matkasuunnitelman ratkaisu Markov-päätösprosessi Tilojen joukko S Tilassa s on mahdolliset toiminnot As Pa(s,s ) on siirtymistodennäköisyys tilasta s tilaan s kun valitaan toiminto a R(s,s ) on palkkio siirtymästä s -> s Tilan s arvo V(s) on määritelty kaavalla Optimaalinen dynaaminen matkasuunnitelma ratkaistaan takaperoisella induktiolla lähtien päätepisteestä Esim. maksimoidaan todennäköisyyttä ehtiä perille ajoissa

22 Päätelmät Kattava teoria reaaliaikaiselle joukkoliikennenavigaattorille Dynaamisen matkansuunnittelun merkitys korostuu kun vaihtoja liikennevälineiden välillä on paljon Ehdollisten todennäköisyyksien laskeminen raskasta -> voidaan tehostaa jättämällä ehdollisuuksia huomioimatta (likimääräinen ratkaisu)

23 Käytännön kokemuksia

24 Kutsuplus Toimi teknisesti hyvin Vähän käyttäjiä, suuri osa suoria taksimatkoja Reitinlaskennan teoria selkeästi käytäntöä edellä Haasteena kilpailu muiden liikkumismuotojen välillä, liikkumistottumukset, ihmisten sijoitukset liikkumiseen (auto, kausikortti) Uusi kokeilu Yhdysvalloissa (Split.us)

25 Dynaaminen reittiopas, esimerkki 20 metrin päästä käänny vasemmalle Odota liikennevaloissa 14 sekuntia Ylitä autotie 15 metrin päästä kävele liukuportaisiin Kävele sisään metron ovista

26 Dynaaminen reittiopas, esimerkki Edellyttää tarkan ja reaaliaikaisen aikatauluinformaation Haasteena myös paikannuksen tarkkuus Kadunylitykset Muu liikenne, liikennevalot Paikannus sisätiloissa

27 Lautta.net -reittihaku Reittiopas Turun Saariston Rengastielle Ensimmäinen reittiopas jossa oman auton voi ottaa mukaan liikennevälineeseen Avoin data, integrointi Liikenneviraston uuteen beta.matka.fi -reittioppaaseen