Leistungsportfolio

Transparenz über Muster und Zusammenhänge

Mit statistischen Methoden und Big Data-Technologien unterstützen wir alle Bereiche der Deutschen Bahn darin, Transparenz über ihre Geschäftsaktivitäten und das Marktumfeld zu gewinnen. Für komplexe Fragestellungen nutzen wir hierzu die komplette Bandbreite an Verfahren aus der Statistik und dem Machine Learning. Für eher deskriptive Analysen entwickeln und konfigurieren wir je nach Fragestellung Self-BI-Systeme und Dashboards, um Datenanalysen interaktiv durchzuführen und durch starke Visualisierung zu unterstützen. Flankiert werden diese Analysethemen durch ein leistungsfähiges Datenmanagement und vielfältige Sekundär- und Umfelddaten.

Big-Data-Analytics

Mit unseren Big-Data-Analysen schaffen wir Transparenz über statistische Verteilungen, zeitliche und räumliche Strukturen, Treiber und Wechselwirkungen, Cluster und Ausreißer. Hierzu wenden wir Data-Mining-Verfahren wie z.B. Clusteranalyse oder multidimensionale Skalierung an. Für die Analyse von Zusammenhängen kommen u.a. Faktorenanalyse, multivariate Regression oder Baumverfahren zum Einsatz. Die Anwendungsbreite der Verfahren ist sehr groß und setzt primär eine valide Datenbasis voraus. Typische Einsatzfelder sind Verkaufsdaten, Sensordaten oder Betriebsdaten aber auch Logfiles und Videodaten.

Visual BI-Systeme/Dashboards

Nicht alle Analysen müssen von erfahrenen Data-Scientisten durchgeführt werden. Insbesondere deskriptive Analysen typischer Geschäftsprozesse lassen sich durch moderne Self-BI-Systeme unterstützen. Durch leistungsfähige Filter und drill-downs lassen sich auch größere Datenmengen und umfangreichere KPI-Sets effizient analysieren. Wir entwerfen und konfigurieren solche Systeme sowohl auf der Backendseite für eine leistungsfähige Datenversorgung als auch auf der Frontendseite, um eine intuitive Benutzerführung zu unterstützen. Dieses Information Design ist insbesondere bei großen Dashboards von Bedeutung, um in der Vielfalt der Daten nicht die relevanten Informationen aus dem Auge zu verlieren. Für ein Verkehrsunternehmen wie die Deutsche Bahn ist hier insbesondere die Einbindung von thematischen Kartendarstellungen relevant.

Daten-Integration

Zentrale Voraussetzung für viele Analysen ist die technische und inhaltliche Integration verschiedener Datenquellen. Hierbei unterstützen wir mit leistungsfähigen ETL-Prozessen das Auslesen der Daten aus den Quellsystemen und das anschließende Bereinigen und Transformieren der Daten auf die Zielstruktur. Auch Feature-Extraction zur Strukturierung unstrukturierter Daten ist hierbei natürlich ein Teil unserer Leistung. Wir greifen auf eine Vielfalt von algorithmischen Zuordnungsverfahren zurück, um Daten auch ohne passende Schlüssel bestmöglich zu integrieren. Für die Ablage der Daten haben wir langjährige Erfahrung in komplexen DWH-Strukturen, nutzen aber auch verteilte Systeme zur Datenablage und -verarbeitung.

Umfeld-Daten

Mit einem breiten Portfolio externer und interner Daten unterstützen wir viele Analyse-, Prognose- und Planungsprozesse. Insbesondere bei Analysen über Wirkungszusammenhänge ist die Einbindung vielfältiger Sekundärdaten als potenzielle erklärende Variable von großer Bedeutung, um Zusammenhänge einerseits und Scheinkorrelationen andererseits aufzudecken. Hierzu nutzen wir intensiv Daten über Wetter und Klima, zeitliche Strukturen wie Ferien und Feiertage sowie Verkehrsmarktdaten über alle Verkehrsträger. Darüber hinaus sind das soziodemographische Umfeld und die Flächennutzung naheliegenderweise eine zentrale Erklärungsgröße für Verkehrs- und Transportvorgänge. Auch detaillierte digitale und routingfähige Infrastruktur- und Netzmodelle stellen ein wichtiges Element unserer Datenbasis dar.

Vorhersehen von Entwicklungen

Auf der Basis von historischen Daten entwickeln wir Prognosemodelle für die Vorhersage von Markt-, Technik- und Systemverhalten. Diese Vorhersagen können dann als Input in einer Vielzahl von Planungsprozessen verwendet werden. Insbesondere Investitionsentscheidungen bezüglich Rolling Stock und Infrastruktur haben mehrjährige Vorlaufzeiten, bis die Investitionen am Markt ihre Wirkung entfalten. Um diese Entscheidungen richtig zu treffen, erstellen wir langfristige Prognosen der Verkehrsmarktentwicklung im Personen- und Güterverkehr. Hierzu nutzen wir Informationen über die historische Verkehrsentwicklung, über die soziodemografischen Trends und Erhebungen zum Mobiltätsverhalten. Aber auch der Kurzfristprognosebereich wird aufgrund der zunehmenden Verfügbarkeit detaillierter Daten immer interessanter und eröffnet vielfältige Möglichkeiten für Big-Data-Forcasting.

Big-Data-Forecasts

Ein zentrales Ziel unserer Forecasts ist es, die Kundennachfrage in zeitlicher und räumlicher Struktur vorherzusagen, um auf dieser Grundlage die Ressourceneinsatzplanung und die Dimensionierung von Betriebsmitteln zu unterstützen. So ermöglicht die rechtzeitige Kenntnis über die Kundennachfrage eine angepasste Fahrzeug- und Personalplanung, so dass einerseits Qualität und Service gewährleistet werden, auf der anderen Seite aber auch keine unnötig hohen Kosten entstehen. Aber auch die Prognose der Ausfallwahrscheinlichkeiten technischer Anlagen zählt zu unserem Portfolio, um damit z.B. predictive maintenance Strategien zu unterstützen. Bei unseren Big-Data-Forecasts kommen sowohl ‚black box‘-Verfahren aus dem Machine Learning zum Einsatz, wie z.B. Neuronale Netze, support vector machine, als auch klassische Regressionsverfahren und Regression trees.

Prognose Personenverkehr

Mit einem regional differenzierten Verkehrsmodell berechnen wir Vorhersagen für die Mobilität in Deutschland und Europa. Ergebnis dieser Prognosen sind u.a. Aussagen über Marktvolumen, Marktanteile; Wachstumsraten und Auslastungen. Das Verfahren lässt sich auch einsetzen, um Angebotskonzepte im Personenverkehr zu bewerten, indem die relative Wettbewerbsfähigkeit der Verkehrsträger auf einzelnen Relationen aus Sicht verschiedener Kundengruppen bewertet wird. Methodisch nutzen wir mehrstufige Verfahren, die das Entscheidungsgsverhalten der Verkehrsteilnehmer nachbilden. Hierdurch können Entscheidungen zur Verkehrsmittelwahl und Routenwahl im Verkehr abgebildet werden. Auch Effekte wie induzierter Verkehr in Folge starker Reisezeitverbesserungen lassen sich hierdurch berechnen.

Prognose Güterverkehr

Mit sozioökonomisch fundierten Modellen prognostizieren wir die Güterverkehrsentwicklung in Europa und liefern hiermit Grundlagen für die Geschäftsausrichtung, Assetdimensionierung und Netzwerkplanung. In den Lang- und Mittelfristprognosen werden Verkehrsleistung und Marktanteil der Verkehrsträger Schiene, Straße, Binnenschiff und Seeschifffahrt berechnet. Auch Aussagen über Umschlagvolumina und Auslastungen von Zügen und Infrastrukturen können abgeleitet und als Basis für Investitionsentscheidungen verwendet werden. Vergleichbar wie im Personenverkehr setzen wir auch im Güterverkehr ein mehrstufiges Prognoseverfahren ein, in dem die empirischen Zusammenhänge zwischen Wirtschaftsaktivität und Verkehrsaufkommen sowie das Verhalten der Transportentscheider bezüglich der Angebotseigenschaften der Verkehrsträger abgebildet werden.

Verbessern von Plan und Betrieb

Mit performanten mathematischen Algorithmen erstellen wir effiziente Netzwerkstrukturen und Einsatzpläne. Die komplexen Planungs- und Entscheidungsaufgaben können hierbei strategischer, taktischer oder operativer Natur sein. Wir bringen sowohl exakte als auch heuristische Verfahren zur Lösung von linearen, diskreten und nichtlinearen Optimierungsproblemen zum Einsatz. Für die Deutsche Bahn AG als 'Netzwerkunternehmen' haben natürlich auch Algorithmen zur Optimierung auf Graphen eine besondere Bedeutung. Vor dem Hintergrund der zunehmenden Automatisierung vieler Prozesse gewinnt auch der Bereich der 'Online'-Optimierung an Bedeutung, in dem unter Berücksichtigung der aktuellen Betriebslage neue Lösungen berechnet werden. Die Einsatzfelder der mathematischen Optimierung reichen von der Angebotsplanung über die Ressourceneinsatzplanung bis zur Optimierung von Netzwerkstrukturen und Standortentscheidungen.

Mobilitätskonzepte

Mit unserem integrierten Planungs- und Bewertungsmodell im Personenverkehr können wir Angebots- und Mobilitätskonzepte (Linien- und Fahrpläne) im ‚greenfield-Modus‘ erstellen oder bestehende Konzepte anpassen und optimieren:

Entwicklung neuer Verkehrsangebote
Anpassen infolge Infrastrukturmaßnahmen oder Baumaßnahmen
Verzahnung bestehender Angebote
Optimierung hinsichtlich Umsatz, Ergebnis, Qualität, Direktfahreranteil, Auslastung etc.

Einsatzfelder

Personenverkehrskonzepte für die wirtschaftliche Bewertung von Infrastrukturmaßnahmen
Optimierung regionaler und überregionaler Fahrplankonzepte unter Berücksichtigung von Fahrzeiten, Haltestrukturen, Anschlusszeiten
Neue Mobilitätskonzepte wie z.B. On-Demand-Konzepte mir stark flexiblen Bedienstrukturen
Verkehrsträgerübergreifende Verkehrskonzepte

Logistik-Netzwerke

Auf der Grundlage der Sendungsströme der Kunden und den infrastrukturellen Rahmenbedingungen, insbesondere der Standorte und Kapazitäten der Umschlagknoten, erstellen wir Logistikkonzepte, die den ergebnisoptimalen Ausgleich zwischen Effizienz (Bündelung) und Marktattraktivität (Direktverkehr) finden. Hierbei können:

Kostenstrukturen
Kapazitäten, Ressourcen
Kundenpräferenzen und Laufzeitvorgaben

detailliert berücksichtigt werden

Einsatzfelder

Schienengüterverkehr: integrierte Netzwerkplanung für Einzelwagenverkehre und Wagengruppen nach Blocking-Logik
Straßengüterverkehr: Netzwerkoptimierung für Systemverkehre, Linienführung und Umschlagpunkte
Intermodale Konzepte: Planung Systemwechsel, Einzugsbereiche, Routingalternativen, Hubkonzepte

Infrastruktur-/Betriebskonzepte

Mit unseren leistungsfähigen Verfahren unterstützen wir bei einer marktgerechten und ergebnisorientierten Weiterentwicklung der Infrastruktur. Ebenso können die Verfahren eingesetzt werden, um Betriebskonzepte effizienter und kundenorientierter zu gestalten, sowohl aus der Sicht der Eisenbahninfrastruktur- als auch der Eisenbahnverkehrsunternehmen, hierbei Berücksichtigung von:

Detaillierten Infrastruktureigenschaften zur Leistungsfähigkeitsberechnung
Trassenpreise, Kosten-/Erlössätze
Kundenreaktion auf Fahrzeitänderungen

Einsatzfelder

Konzeption von Infrastrukturmaßnahmen mit anschließender verkehrlicher und wirtschaftlicher Bewertung
Auslastungsberechnung für Strecken und Knoten und damit verbundene Fahrzeitverlängerungen
Konzeption von Betriebsprogrammen nach verschiedenen Kriterien wie Fahrzeit, Kapazitätsauslastung, Gesamtkosten, Energieeffizienz, Lärmimmission, Betriebsqualität

Standortstruktur und Knotenbetrieb

Wir unterstützen marktgerichtete und rein betriebliche Standortentscheidungen (z.B. Terminals, Haltepunkte bzw. Werksstandorte, Personaleinsatzstellen), in denen Kundennähe versus Produktionskosten oder verschiedene Kosten gegeneinander abzuwägen sind. Bezogen auf den einzelnen Standort unterstützen wir dabei, Umschlagknoten in ihrem Betrieb zu optimieren, indem Bewegungen und Fahrdistanzen der Umschlaggeräte minimiert und auf der anderen Seite die Umschlagaufträge schneller durchgeführt und damit Betriebskosten gesenkt werden. Hierbei kommt eine Vielfalt von Verfahren aus den Bereichen Hub-Location, multi-commodity-flow, u.v.m. zum Einsatz

Einsatzfelder Optimierung Standortstruktur

Verbesserung Kundenzugang
Optimierung Einzugsgebiete
Knotenstruktur von Logistiknetzwerken
Standort für mobile Ressourcen

Einsatzfelder für Optimierung Knotenbetrieb

KV-Umschlagterminals
Rangieranlagen
Logistik-Umschlaghallen
Bahnsteigzuordnung in Bahnhöfen

Fahrzeugeinsatz

Auf der Basis eines Fahrplanes, den verfügbaren Ressourcen und infrastrukturellen oder betrieblichen Rahmenbedingungen erstellen wir optimierte Einsatzpläne für Fahrzeuge. Durch den Einsatz von Optimierverfahren mit kurzer Rechenzeit können in einer iterativen Vorgehensweise Eingangsprämissen variiert werden und damit alternative Szenarien untersucht werden; hierbei werden u.a.

Kostenstrukturen, Mindestwendezeiten
Instandhaltungs-, Tankvorgaben
Leerfahrtrestriktionen, Schleppoptionen, etc. detailliert berücksichtigt

Einsatzfelder

Erstellung von Umlaufplänen
Berechnung von Fahrzeugbedarfen und Konfigurationen
Optimierung der Abstellungsplanung
Einplanen von IH-Maßnahmen
Integrierte Optimierung von Fahrzeugumläufen und Personalschichten

Personaleinsatz

Mit dem Einsatz von Optimierverfahren können wir die Personalproduktivität steigern und/oder die Einsatzpläne besser an die Bedürfnisse des Personals anpassen. Es gibt hierbei effiziente Lösungen für fahrendes Personal, für Personal, das seine Einsatzorte verteilt in der Fläche hat und Personal an festen Einsatzstellen. Berücksichtigung finden hierbei:

Tarifvertragliche Rahmenbedingungen
Fahrpläne, Streckenkenntnis, Gastfahrten
Präferenzen der Mitarbeiter, Anfahrtszeiten

Einsatzfelder

Schicht- und Dienstpläne für fahrendes Personal wie Lokführer und Zugbegleiter
Personalkapazitätsplanung und Auftragszuordnung für dezentrale Einsatzstellen
Reihung von Aufträgen, um Anfahrtswege zu minimieren

Bestwegesuche

Unsere Routensuchverfahren ermöglichen das Auffinden und Bewerten „bester Wege“ in Infrastrukturnetzen und Fahrplänen, auch intermodal. Hiermit können wir Transportwünsche von Endkunden und Eisenbahnverkehrsunternehmen bestmöglich mit dem bestehenden Angebot abgleichen und attraktive Transportvorschläge machen. Anbieter können mit den Verfahren auch die Auslastung ihres Angebots steuern. Je nach Suchanforderung kommen verschiedene Algorithmen zum Einsatz: z.B. Pareto-Dijkstra oder der Connection Scan Algorithm. Die Suche ist nach verschiedenen Zielkriterien möglich, z.B.:

Kürzeste Wege, kürzeste Zeit
Minimale Kosten
Höchste Qualität, beste Anschlusssituation
Minimierung Umstiege, Umschläge u.a.m.

Einsatzfelder

Fahrplanauskunft im öffentlichen Personenverkehr: Bestwegsuche nach Entfernung, Fahrzeit, Kosten, Umsteigehäufigkeit u.a.m.
Die Verbindungssuche für Güterverkehrsangebote einsetzbar
Auskunftssystem für Bestwege (alternative Zielkriterien möglich) durch das europäische Schienennetz, Berücksichtigung von Infrastruktur- und Zugattributen
Intermodale Routensuche, zum Auffinden geeigneter Umschlagterminals

Untersuchung komplexer Prozesse

Mit Simulationsverfahren untersuchen wir die Stabilität von Betriebsplänen und die Leistungsfähigkeit von Anlagen. Ziel ist es, bei unterschiedlichen Randbedingungen die Robustheit von Plänen zu bewerten, Engpässe aufzudecken oder die Auswirkung von Störungen zu untersuchen. Hierbei nutzen wir je nach Projektanforderung verschiedene Simulationsansätze. Stochastische Simulation mit Warteschlangenmodellen nutzen wir, wenn Planungen in einem frühen Stadium noch eine gewisse Unschärfe haben. Mit der ereignisdiskreten Simulation können Prozesse und Abhängigkeiten zwischen den Objekten exakt simuliert werden. Bei der agentenbasierten Simulation berücksichtigen wir (Lern-) Verhalten und Interaktion einzelner Individuen. Mit einer Personenflusssimulation können die Wechselwirkungen zwischen Fußgängern mit Social Force Modellen nachgebildet werden.

Bahnbetrieb und Pünktlichkeit

Mit Verfahren aus dem Bereich der stochastischen Simulation unterstützen wir unsere Projektpartner bei der qualitäts- und pünktlichkeitsorientierten Planung und Bewertung von Fahrplänen, Infrastrukturmaßnahmen, Baustellen, Fahrzeugeinsatzplänen oder 'Verfügbarkeits'-Maßnahmen. Für lokale und regional begrenzte Untersuchungen können wir auch auf mikroskopischem Level den Zugbetrieb simulieren. Damit können die Machbarkeit von Fahrplankonzepten geprüft und Qualitätseffekte berechnet werden.

Einsatzfelder

Prognose der Pünktlichkeitsentwicklung unter Berücksichtigung von Infrastrukturmaßnahmen, Fahrplanveränderungen und Störgeschehen
Qualitäts-Bewertung von Maßnahmen in den Bereichen Infrastruktur, Bau, Fahrplan, Umlauf/Wendezeiten, Zuverlässigkeit Fahrzeuge und Anlagen, Betriebsweise und Dispositionsvorgaben/Anschlüsse
Fahrzeit- und Mindestzugfolgezeitrechnung, Zuschlagsbemessung

Personenströme

Mit einem ‚Social-force‘-Simulationsverfahren können wir die Bewegung von Fußgängern und Passantengruppen in Gebäuden und auf Freiflächen abbilden. Hiermit lässt sich prüfen, ob Wege, Treppen, Warteflächen richtig dimensioniert sind, um bestimmte Passantenfrequenzen abzuwickeln. Mangelnde Kapazitäten äußern sich in Stauungen und führen zu einer Verlängerung von Transferzeiten oder Räumzeiten

Einsatzfelder

Dimensionierung von Wegeflächen in Bahnhöfen und deren Erschließung, Prüfung von Hochlastsituationen
Wegeführung in Bausituationen und Prüfung von Evakuierungsplänen und Rettungswegen
Fahrpläne, Bahnsteigbelegungen oder Taktknoten führen ggf. zur Überlagerung von Fußgängerströmen. Hier zeigt die Simulation Engpässe und Hot Spots
Bemessung von Umsteigezeiten insbesondere bei Anschlusszügen auf anderen Bahnsteigen. Grundlagen für Wegweisung zur Steuerung der Passantenströme

Logistik-Prozesse

Die komplexen Abläufe in logistischen Umschlaganlagen (Rangierbahnhöfe, Geschäftsstellen, Hubs, KV-Terminals, Läger) bilden wir mit spezialisierten Simulationsverfahren ab. Hierbei werden das Layout und die Kapazitätseigenschaften der Eingangsseite, Sortieranlage und Ausgangsseite detailliert aufgenommen. Eine Simulation mit alternativen Mengen zeigt dann die jeweiligen bottle-necks und Durchlaufzeiten.

Einsatzfelder

Dimensionierung neuer Anlagen und Ermittlung zentraler Anlagen-KPI wie Leistungsfähigkeit, Durchlaufzeiten, Wartezeiten
Mengenprüfung, wie sich die Servicelevels bei neuen Volumina entwicklen und ob dispositive Maßnahmen wie Ressourcenaufstockung, Umleitung von Verkehren oder entsprechende Kundeninformationen ergriffen werden sollen
Verbesserung Anlagenlayout oder Optimierung der Betriebsprozesse und Dispositionsregeln, um Servicelevel und Effizienz zu steigern
Planung und Bewertung von Nachlieferstrategien zur Material-, Teile- oder Verkaufsartikelversorgung von Lägern oder von mobilen Assets wie Zügen oder Technikerfahrzeugen