A Matheuristic for Battery Exchange Station Location Planning for Electric Scooters

Matthias Rauscher, Günther Raidl, Thomas Jatschka
2022
In dieser Arbeit betrachten wir das Battery Exchange Station Location Problem (BEXSLP) welches sich mit der Platzierung von Batteriewechsel-Stationen für elektrische Roller beschäftigt. Ziel ist es, eine dreiteilige Zielfunktion unter Erfüllung eines festgelegten Mindestbedarfs zu minimieren. Nutzer können an Batteriewechsel-Stationen leere Batterien ihrer Roller unmittelbar gegen vollständig geladene Batterien tauschen. Diese entleerten Batterien werden dann bei der Station wieder aufgeladen
more » ... d nach entsprechender Ladezeit anderen Nutzern wieder zur Verfügung gestellt. Hierfür betrachten wir einen Zeithorizont von einem Tag, welcher in gleich lange Zeitintervalle diskretisiert wird (typischerweise wird ein Tag auf 24 Stunden aufgeteilt). Der (Mindest)bedarf ist durch Fahrten von Nutzern mit definiertem Start- und Endziel innerhalb eines bestimmten Zeitslots, in welchem die Nutzer das Fahrzeug aufladen müssen, gegeben.Stationen können an unterschiedlichen Orten gebaut werden. Abhängig vom Ort, an dem eine Station gebaut wird, gibt es Unterschiede in Bezug auf verschiedene Eigenschaften, wie zum Beispiel die Baukosten, Anzahl der möglichen Batterieslots oder Zeiten, zu welchen Nutzer ihre Batterien tauschen können. Die Planung erfolgt unter Berücksichtigung von drei unterschiedlichen Aspekten welche linear gewichtet in einer gemeinsamen Zielfunktion minimiert werden. Diese drei Aspekte sind (a) die Baukosten für Stationen sowie Erweiterungsmodule, (b) die Kosten für das Laden von Batterien und (c) die Zeitsumme der Umwege, welche dadurch entstehen, dass Nutzer zu einer Ladestation fahren müssen. In dieser Masterarbeit entwickeln wir eine Matheuristic, welche exakte Techniken der mathematischen Programmierung mit heuristischen Methoden kombiniert, um das BEXSLP zu lösen. Wir verwenden eine Large Neighborhood Search (LNS), welche mittels einer Konstruktionsheuristik eine initiale Lösung erzeugt und dann mittels eines Zerstör-und-Reparier-Schemas versucht diese Lösung iterativ zu verbessern. Hierbei werden Teile ein [...]
doi:10.34726/hss.2022.94720 fatcat:ravnbtbbineuhmwsehl5am5f7a