Transport & Logistik
Geodaten in der Routen- und Verkehrsplanung
Vom Potenzial einer Koordinate
Wer Güter von A nach B transportieren will, muss natürlich wissen, wie man von A nach B kommt. Dass geographische Informationen und Logistik wie selbstverständlich miteinander verheiratet sind, scheint demnach offensichtlich. Doch die Bedeutung von Geodaten als Rohstoff logistischer Planung geht weit über Aspekte der reinen Routenplanung hinaus. Damit eine Ware in der richtigen Menge im richtigen Zustand am richtigen Ort zur richtigen Zeit für den richtigen Kunden mit den richtigen Kosten zur Verfügung steht, muss mehr geographisches Know-how in die Arbeit der Logistikexperten einfließen als lediglich gute Ortskenntnisse.
Wie eng Logistik und Geoinformationen miteinander verknüpft sind, macht schon der Blick auf das traditionelle Betätigungsfeld eines der größten Logistikunternehmen der Welt deutlich: Das Briefgeschäft der Deutschen Post World Net AG in Bonn. Für den Briefverkehr unterhält der Konzern zum Beispiel ein Netz von 83 Briefverteilzentren, die quer über die Bundesrepublik verteilt sind. Jeder Brief aus den über 100.000 Briefkästen des Landes landet zunächst in einem dieser 83 Zentren, wird je nach Ziel von dort an ein anderes Briefzentrum transportiert, um schließlich an seinen Adressaten zu gelangen.
Innerhalb eines Zeitraums von wenigen nächtlichen Stunden werden also täglich über 60 Millionen Briefsendungen der Post zwischen diesen 83 Standorten hin- und hertransportiert. Rein rechnerisch ergeben sich daher genau 6806 verschiedene Briefhaufen, die von einem Zentrum zu einem zweiten gebracht werden müssen. Um nun aber nicht 6806 verschiedene Transporter von A nach B fahren zu lassen und jedes Zentrum mit jedem anderen zu verbinden, werden einige der Briefzentren als Hauptverteiler oder auch Hubs betrieben. Fahrzeuge aus verschiedenen Briefzentren tauschen am Hub-Standort die Briefladungen aus und fahren zu ihrem Startpunkt zurück.
Verkehrsnetze erzeugen komplexe Fragestellungen
Ein solches System bedarf mit Blick auf die Kosten genauer strategischer Planung: Welche Briefzentren werden als Hubstandorte eingesetzt? Welche Transportwege werden direkt bewältigt und wo benutzt man welchen Hub? Sind alle Abhängigkeiten, zum Beispiel das Einhalten von Zeitfenstern, Umlagezeiten, Ankunft einer Fahrt und Abfahrt einer Anschlussfahrt berücksichtigt? Und natürlich gesellt sich noch die Frage nach den jeweils günstigsten Fahrtrouten hinzu. Eine Lösung dieser recht komplexen Problemlage fanden die Post und ihre Planer nur mit Hilfe visueller, kartographischer Darstellungen in einem Geoinformationssystem (GIS).
Auch für weitere Fragestellungen im Zusammenhang mit der Briefzustellung zog die Post geographische Informationen zu Rate. So starteten die Verantwortlichen schon Ende 1996 ein Projekt zur Optimierung der Routen und Wege von Fahrzeugen und Postboten. Dazu brauchte man ein genauen digitales Straßennetz zur Routenplanung, dass es seinerzeit in der gewünschten Qualität aber nicht gab. Die Post entschloss sich deshalb, eigene Daten zu erheben und ergänzte die Basisdaten eines privaten Anbieters vor allem um genaue Hausnummern. Der Konzern wurde damit ganz nebenbei zu einem Produzenten von Geodaten, wenngleich zunächst nur für eigene Zwecke. Inzwischen können sich auch Dritte diese sehr genauen Adresskoordinaten als ein Datenprodukt der Post in eigenen Logistikanwendungen lizenzieren lassen.
Das Problem des Handlungsreisenden
Bei den genannten Beispielen der Post entfalten Geodaten vor allem im Tagesgeschäft des Transports ihre Nutzen. Sie bilden dort die Grundlage, um optimale Routen- und Tourenplanungen vorzunehmen. Diese Aufgabe ist übrigens weniger trivial als sie auf den ersten Blick klingt. Jeder Außendienstler und Vertreter steht täglich vor diesem, sogar nach ihm benannten Problem des “Traveling Salesman”. Er muss seine Termine möglichst so geschickt koordinieren, dass er sämtliche Kunden in optimaler Reihenfolge mit möglichst kurzen Fahrzeiten dazwischen besuchen kann. Die Aufgabe mag bei drei oder vier Adressen, die an einem Tag abzuklappern sind, noch per Straßenkarte zu lösen sein, bei mehr Kunden oder gar mehrtägigen Rundreisen nimmt das Problem schnell gewaltige Dimensionen an. Zur Illustration: Die Universität Princeton hat einmal die optimale Rundreise durch 15.112 Orte Deutschlands berechnet. Um in angemessener Zeit die rund 66.000 Kilometer lange Route heruszufinden, nutzte die mathematische Fakultät der Elitehochschule 110 parallel laufende Prozessoren. Ein einzelner PC selbst modernster Bauart bräuchte dafür mehrere Jahre.
Der Grund für diesen ungeheuren Rechenaufwand liegt auch in der fehlenden Logik des zumeist historisch gewachsenen Straßennetzes. Dadurch lässt sich die optimale Route nicht durch einfache, logische Verfahren berechnen, sondern letzten Endes nur durch genaue Vergleiche aller theoretisch möglichen Routen. Das geht schnell ins Uferlose: Schon für eine Rundreise durch die 18 größten deutschen Städte gibt es theoretisch über 177 Billionen Varianten, aus denen die kürzeste ausgewählt werden muss. Vor diesem Hintergrund betrachtet man die wie selbstverständlich genutzte Technologie eines Navigationssystem mit etwas anderen Augen.
Sensordaten und GPS: Ein starkes Team
Ungeahnte Möglichkeiten schlummern auch in der Kombination der mit Hilfe eines Satellitennavigationssystems ermittelten Positionsdaten mit weiteren Sensordaten. Das Bonner Unternehmen infoware hat dies als Partner der Deutz AG zum Beispiel am Düsseldorfer Flughafen demonstriert. In die dortige Gepäckschlepper, Personenbusse und mobilen Stromaggregate wurde ein Steuergerät montiert, das per GPS (Global Positioning System) die Positionsdaten der Fahrzeuge registriert und zusätzlich Motordaten wie Drehzahl, Betriebsstunden, Öl- oder Kraftstoffstand aufnimmt und direkt an einen Internetserver funkt. Auf einer digitalen Karte oder auch auf Luftbildern lassen sich damit aller Bewegungen des Geräts verfolgen. Und auch Eingriffe in den Betrieb sind möglich, wie etwa das so genannte Geofencing: Über die Internet-Schnittstelle können die Verantwortlichen des Flughafens einen geographischen Aktionsradius für das Gerät festlegen, bei dessen Überschreitung ein Warnsignal ausgelöst wird. Im sensiblen Vorfeldbereich eines Flughafens bedeutet dies ein großes Plus im Sicherheitskonzept.
Das funktioniert bei der Verfolgung – dem so genannten Tracking – von Containern und Fahrzeugen auch in einem weltweiten Maßstab und ist die Basis etwa spezialisierter Versicherungsangebote im Transportsektor, da in einer Zentrale sofort Alarm geschlagen werden kann, wenn Ladung unplanmäßig von einer vorgegebenen Route abweicht. Aber auch ohne Diebstahlszenario profitieren Logistiker, Disponenten und Spediteure von den Möglichkeiten des Flottenmanagements mit Satellitennavigation und digitalen Karten. Beispielsweise kann ein Transportunternehmen damit viel flexibler auf kurzfristige Auftragseingänge reagieren.
Dann genügt ein Blick auf den Bildschirm, um zu sehen, welcher LKW sich gerade in der Nähe eines Auftraggebers befindet, der zeitnah ein Fahrzeug wünscht, denn die digitale Karte zeigt dem Disponenten in der Zentrale im besten Fall in Echtzeit die Position seiner LKW, Fahrtrichtungen, Geschwindigkeiten, Auftragsdaten und sogar die Lenk- und Ruhezeiten der Fahrer. Ist schließlich ein geeignetes Fahrzeug gefunden, kann ein Flottenmanagement-System auch die optimale Transport-Route berechnen und ermittelt auch gleich eventuell anfallende Mautkosten. So lässt sich gleichzeitig die Zahl von Leerfahrten verringern und man kann sich unnötige Fahrtwege sparen, weil ungünstige Abholpunkte für neue Frachten sofort sichtbar werden. Die gleiche Technologie optimiert übrigens auch die Arbeit von Taxizentralen oder hilft dabei, Feuerwehr- und Polizeieinsätze zu koordinieren.
Schwimmende Korken als Vorbild
Aus einem noch übergeordneteren Blickwinkel schließlich lassen sich aus der Summe zahlreicher fortlaufender Positionsdaten einzelner Fahrzeuge Rückschlüsse auf die Gesamtsituation des Verkehrsflusses ziehen. Das Prinzip nennt sich Floating-Car-Data und ähnelt der Beobachtung einzelner Korken in einem Fluss, aus deren Bewegungen sich Richtung und Geschwindigkeit des Wassers erkennen lässt. Erste Verkehrsdienste nutzen dieses Prinzip, in dem sie die Bewegungsmuster von Mobiltelefonen auswerten, die mittlerweile fast jeder mit sich führt. Regungslos in Funkzellen über Autobahnen verharrende Handys zeigen sofort den Stau an.
Den gibt es übrigens auch auf vielen Wasserstraßen, die kaum noch mehr Frachten aufnehmen können. Viele Wasserstraßenverwaltungen denken deshalb über so genannte River Information Systems (RIS) nach, die auf der Basis von Satellitennavigation und digitalen Flusskarten eine bessere Steuerung des Schiffsverkehrs ermöglichen sollen. Die Positionsdaten der Schiffe sollen dabei einer Leitzentrale jederzeit den Überblick über den Gesamtverkehr geben. Vor möglichen Engpässen, wie etwa Schleusen kann der Verkehr besser entzerrt werden. Zugleich können diese Daten per Internet auch Reedereien und Speditionen übermittelt werden. Das erlaubt auch hier eine genaue Frachtverfolgung, um beispielsweise die Ankunft in einem Binnenhafen genau vorherzusagen und dort die notwendigen Liege- und Ladekapazitäten optimal zu verwenden.
Im Bahnverkehr könnten genaue Positionsangaben der Züge die Transportkapazitäten sogar entscheidend erhöhen. Bis heute fahren Züge in Deutschland etwa mit extrem hohen Sicherheitsabständen, weil ihre exakte Position während der Fahrt nicht bekannt ist. Entsprechende Angaben beziehen sich stets nur auf definierte Streckenabschnitte, innerhalb derer sich die Züge aufhalten. Könnte man die Abstände verringern, weil man die Positionsdaten in Echtzeit und mit hoher Verlässlichkeit feststellt – was per GPS derzeit nicht möglich ist, wohl aber mit dem geplanten europäischen Satellitennavigationssystem Galileo – könnten mehr Züge in der gleichen Zeit eine Strecke nutzen. Ohne einen zusätzlichen Meter Schiene zu verlegen, könnte die Bahn ihr Angebot vor allem im Güterverkehr erheblich ausbauen – es steckt also viel Potenziel in einer Koordinate.
