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Siefen, Kostja: Simulation und Optimierung der Standort- und Kapazitätsauswahl in der Planung von Ladeinfrastruktur für batterieelektrische Fahrzeugflotten. 2012
Content
Einleitung und Motivation
Die Renaissance batterieelektrischer Mobilität
Ökonomische und technische Herausforderungen
Aufbau der Arbeit
Mathematische Notation
Planung von Ladeinfrastruktur für batterieelektrische Fahrzeugflotten
Betrachtungsgegenstand
Gewerbliche Fahrzeugflotten im Großstadtverkehr
Abgrenzung von Elektrofahrzeugen
Batterieelektrische Fahrzeuge im Flottenbetrieb
Ladeinfrastruktur zur Versorgung batterieelektrischer Flottenfahrzeuge
Rollen der beteiligten Unternehmen
Komponenten und Konzepte
Der Fahrzeugladeprozess
Aufgaben und Zielsetzungen des Flotten-Betreibers
Flottenmanagement
Besonderheiten einer batterieelektrischen Flotte
Kosten der Ladeinfrastruktur
Anforderungen für den operativen Betrieb
Bewertung der Versorgungs-Qualität
Optimale Auswahl potentieller Ladestandorte
Entscheidungsunterstützungssysteme
Daten und Berichte
Modelle
Methoden
Zusammenfassung der Planungsaufgabe
Stand der Technik
Verkehrsflussmodelle
Modellierung der Verkehrsnachfrage
Vorgehensmodelle zur Bestimmung der Verkehrsnachfrage
Verhaltensmodelle für Fahrzeugbewegungen
Grundlegende Modelle
Komplexe Mobilitätsmodelle
Simulation spezieller Aspekte von Elektromobilität
Optimierungsmodelle der Standortplanung
Räumliche Distanzmaße
Diskrete räumliche Abdeckungsprobleme in der Standortplanung
Flow Intercepting Facility Location Problems (FIFLP)
Anwendungen in der Versorgungsinfrastrukturplanung
Standortplanung unter Wettbewerb
Analyse-Kennzahlen zur Ergebnis-Bewertung
Quantifizierung der Versorgungsqualität
Proximitätsmaße für Lösungen
Handlungsbedarf & Ziele der Arbeit
Kritische Würdigung bestehender Ansätze
Simulations- und Mobilitätsmodelle
Optimierungsmodelle der Standortplanung
Anforderungen an ein Planungsmodell
Das Straßenverkehrsnetzwerk
Einflüsse der Ladeentscheidung
Eigenschaften der Ladestandorte
Kapazitätsbestimmung von Standorten
Architektur des Planungssystems
Ziele der Arbeit
Simulation der Versorgungssituation
Einordnung der Methodik
Komponenten und Prämissen des Simulationsmodells
Hypothesen
Ein Mobilitätsmodell für Mobilitätsdienstleister
Annahmen des Modells
Verteilungen
Pseudozufallszahlen beliebiger Verteilungen
Klassifikation von Gebieten
Erzeugen von Bewegungsszenarien
Formale Beschreibung der Modellkomponenten
Ablauf der Simulation
Ergebniskennzahlen
Kostenoptimale Bestimmung der Standortkapazitäten
Einordnung der Methodik
Preprocessing
Allokation des Versorgungsbereichs
Generierung der Zeitscheiben
Bestimmung hinzugewinnbarer Reichweiten
Formale Beschreibung
Sequenzen
Zeitscheiben und Kapazitätsstufen
Basismodell
Indexmengen
Parameter
Entscheidungsvariablen
Restriktionen
Zielfunktion
Erweiterungen des Basismodells
Start-Konfigurationen
Gebietskapazitäten
Fehlreichweiten
Verhaltenshypothesen der Fahrzeugnutzer
Kennzahlen der Versorgungsqualität
Bestimmung der Komplexitätsklasse
Lösungsmethodik
Methoden zur Laufzeitverbesserung
Explizite Eröffnung von Standorten
Explizite Verwendung von Standorten
Ganzzahlige Schlupfvariablen
Schranken für die Anzahl Ladevorgänge
Hinzugewonnene Reichweite begrenzen
SOS1 Menge für die Kapazitätssauswahl
SOS1 Menge für die Standortzuordnung
Einsatz semi-kontinuierlicher Variablen
Reduktion der Modellkomplexität
Identifikation obligatorischer Entscheidungen
Verringerung der zeitlichen Auflösung
Reduzierung von Sequenzelementen
Heuristische Lösungsmethodik
Einordnung der Methodik
Objektorientierte Modellierung
Ablaufbeschreibung
Preprocessing
Priorisierung potentieller Standorte
Kalibrierung der Gewichte
Verfahrensparameter
Strategien zur Konstruktion gültiger Startlösungen
Greedy Strategie
Greedy-Strategie mit Priorisierung
Minimale Restreichweiten
Strategien zur Reparatur ungültiger Lösungen
Reparatur auftretender Fehlreichweite
Reparatur von Kapazitätsüberschreitungen
Strategien zur Verbesserung gültiger Lösungen
Sukzessive Reduktion von Aktivitäten
Sukzessive Elimination von Standorten
Umverteilung der Ladevorgänge
Evaluation der Methoden
Testinstanzen
Systemumgebung
Anbindung der exakten Verfahren
Laufzeitverhalten exakter Lösungsverfahren
Laufzeitverhalten des heuristischen Verfahrens
Direkter Vergleich zwischen Solver und Heuristik
Übergabe einer heuristischen Startlösung
Effektivität der Reformulierungen
Auswirkungen auf die Lösung der LP-Relaxation
Direkter Vergleich
Vergleich mit Partial Set Covering
Laufzeitverhalten der Simulation
Fallstudie zur Umsetzung der Planungsmethode für ein Mobilitätskonzept
Umfeld und Zielsetzung
Bestimmung der Planungsparameter
Prämissen und Verhaltenshypothesen
Ableitung von Szenarien aus den Fahrzeugbewegungen
Entwicklung des Standort-Katalogs
Durchführung der Planung
Bewertung der manuellen Infrastrukturplanung
Festlegung der Standorte und Konfigurationen
Sensitivität der Flottengröße
Zusammenfassung
Zusammenfassung und Ausblick
Zusammenfassung
Ausblick
Literatur- und Quellenverzeichnis
Stichwortverzeichnis
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