Kysyntäohjautuva joukkoliikenne ja dynaaminen matkansuunnittelu Lauri Häme 25.1.2017
Tausta Kysyntäohjautuvan joukkoliikenteen tutkimusprojekti Metropol 2008-2012 Aalto-yliopisto, Tekes, Liikenne- ja viestintäministeriö, HSL, Liikennevirasto Kutsuplus-palvelun kokeilu Helsingissä 2013-2015 Lautta.net - vesiliikenteen aikataulupalvelu 2014 -> Liikennevirasto, Varsinais-Suomen ELY-keskus
Esityksen sisältö 1. Reitinlaskenta kysyntäohjautuvassa joukkoliikentessä 2. Dynaaminen matkansuunnittelu joukkoliikenneverkossa 3. Käytännön kokemuksia
Reitinlaskenta kysyntäohjautuvassa joukkoliikenteessä
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
Reitinlaskenta, esimerkki
Reitinlaskenta, esimerkki
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
Aikaikkunat
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 1+ 2+ 3+ 2-1- 3-
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
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
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
Dynaaminen matkansuunnittelu joukkoliikenneverkossa
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
Perinteinen vs. dynaaminen matkansuunnittelu
Satunnaiset ajoajat Gammajakauma: pidemmällä tulevaisuudessa ohitusajat ovat epävarmempia
Matkaketjun vaihtojen onnistumistodennäköisyydet Pysäkkiverkko, pysäkkien välillä etapit (liikennevälineessä tai kävellen) Etappien verkko, etappien välillä siirtymätodennäköisyydet
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)
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
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)
Käytännön kokemuksia
Kutsuplus 2013-2015 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)
Dynaaminen reittiopas, esimerkki 20 metrin päästä käänny vasemmalle Odota liikennevaloissa 14 sekuntia Ylitä autotie 15 metrin päästä kävele liukuportaisiin Kävele sisään metron ovista
Dynaaminen reittiopas, esimerkki Edellyttää tarkan ja reaaliaikaisen aikatauluinformaation Haasteena myös paikannuksen tarkkuus Kadunylitykset Muu liikenne, liikennevalot Paikannus sisätiloissa
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