The world-wide road traffic volume increases continuously while street capacities cannot be expanded accordingly. Coping with traffic congestion to reduce the overall travel time requires sophisticated traffic planning methods. Charge fees for the usage of network capacities is of special interest in scientific literature and, recently, has been implemented in practise. However, for technical, economical or political reasons, it is still not practicable to impose tolls on every edge of a given traffic network individually. Therefore, we study the mathematical optimization problem of computing tolls for a predefined subset of roads with the objective of reducing the total travel time. Furthermore, we discuss the related problem of computing tolls when only a finite number
of taxable roads is accounted for. For both problems we present algorithms applicable on general large-scale traffic networks. We test their performance and solution quality systematically on real-world instances. Finally, the results are integrated into an agent-based transport simulator to achieve qualitatively better solutions and reduced convergence time of the simulation process.
Inhaltsverzeichnis (Table of Contents)
- Zusammenfassung (German summary)
- Abstract
- 1 Einleitung
- 2 Mathematische Modellierung des Verkehrsnetzes
- 2.1 Das Verkehrsnetz
- 2.2 Die Verkehrsströme
- 2.3 Die Kostenfunktion
- 3 Das Optimierungsproblem
- 3.1 Das Problem der optimalen Mautgebühren
- 3.2 Das Problem der maximalen Anzahl bemautbarer Straßenabschnitte
- 4 Algorithmen
- 4.1 Optimierung der Mautgebühren
- 4.2 Berechnung der optimalen Anzahl bemautbarer Straßenabschnitte
- 5 Numerische Resultate
- 5.1 Die Testinstanz
- 5.2 Ergebnisse der Algorithmen
- 6 Integration in einen agenten-basierten Verkehrssimulator
- 6.1 Der Verkehrssimulator
- 6.2 Integration der Mautgebühren
- 7 Diskussion und Ausblick
- Literatur
Zielsetzung und Themenschwerpunkte (Objectives and Key Themes)
Diese Arbeit befasst sich mit dem Thema der Mautgebühren in Verkehrsnetzen. Das Ziel ist es, mathematische Modelle und Algorithmen zu entwickeln, die es ermöglichen, optimale Mautgebühren zu berechnen, um die Gesamtfahrzeit aller Verkehrsteilnehmer zu minimieren. Dabei wird die Herausforderung betrachtet, dass nicht alle Straßenabschnitte bemautet werden können. Die Arbeit untersucht verschiedene Ansätze, um dieses Problem zu lösen, einschließlich der Optimierung der Mautgebühren für einen vorher festgelegten Satz von Straßen und der Bestimmung der optimalen Anzahl bemautbarer Straßenabschnitte.
- Mathematische Modellierung von Verkehrsnetzen
- Optimierung von Mautgebühren zur Reduzierung der Gesamtfahrzeit
- Entwicklung von Algorithmen zur Berechnung optimaler Mautgebühren
- Integration der Ergebnisse in einen agenten-basierten Verkehrssimulator
- Analyse der Auswirkungen von Mautgebühren auf das Verkehrsaufkommen
Zusammenfassung der Kapitel (Chapter Summaries)
Kapitel 1 führt in das Thema der Mautgebühren in Verkehrsnetzen ein und erläutert die Relevanz dieses Problems im Kontext des steigenden Verkehrsaufkommens. Kapitel 2 beschreibt die mathematische Modellierung des Verkehrsnetzes, einschließlich der Definition von Verkehrsströmen und Kostenfunktionen. Kapitel 3 formuliert das Optimierungsproblem der Berechnung optimaler Mautgebühren, wobei die Einschränkung berücksichtigt wird, dass nur ein Teil der Straßenabschnitte bemautet werden kann. Kapitel 4 stellt Algorithmen zur Lösung des Optimierungsproblems vor, die sowohl für die Bestimmung der optimalen Mautgebühren als auch für die Berechnung der optimalen Anzahl bemautbarer Straßenabschnitte geeignet sind. In Kapitel 5 werden die Algorithmen anhand realer Beispiele getestet und die Ergebnisse analysiert. Schließlich integriert Kapitel 6 die Ergebnisse in einen agenten-basierten Verkehrssimulator, um dessen Lösungen bei verringerter Laufzeit zu verbessern.
Schlüsselwörter (Keywords)
Mautgebühren, Verkehrsnetze, Optimierung, Algorithmen, agenten-basierte Simulation, Verkehrsaufkommen, Gesamtfahrzeit, Verkehrsplanung.
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- Ingo Kleinert (Autor), 2011, Tolls in Transportation Networks, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/172954
