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Heide Hoppmann

• In this thesis we present a novel extended formulation for the line planning problem that is based on what we call "configurations" of lines and frequencies. Configurations are combinatorial building blocks of primal solutions; they rule out the "capacity numerics" and make the problem purely combinatorial. The concept of configurations can also be adapted to other capacitated network design problems. The configuration model is strong in the sense that it implies several facet-defining inequalities for the standard model: set cover, symmetric band, multicover, and MIR inequalities. These theoretical findings can be confirmed in computations, however, the enormous number of configurations can blow up the formulation for large instances. We propose a mixed model that enriches the standard model by a judiciously chosen subset of configurations that provide a good compromise between model strength and size. Computational results for large-scale line planning problems are presented.
• Das Linienplanungsproblem ist ein wichtiges Teilproblem der Angebotsplanung im öffentlichen Nahverkehr. Dabei werden Routen und Betriebsfrequenzen von Linien in einem gegebenen Infrastrukturnetzwerk gesucht, sodass ein gegebener Beförderungsbedarf gedeckt wird und die Kosten minimal sind. Praktische Ansätze zum Lösen dieser Probleme beruhen auf ganzzahliger Programmierung. Ein Schwachpunkt klassischer Modelle ist, dass schon kleine Änderungen der Eingabeparameter eine Vergrößerung oder Verkleinerung der Menge der zulässigen fraktionalen Lösungen bewirken können, auch wenn die Menge der ganzzahligen Lösungen unverändert bleibt. Wir betrachten in dieser Arbeit einen neuen kombinatorischen Ansatz, welcher die Möglichkeiten den Bedarf auf einer Verbindung im Netzwerk mit Frequenzen zu überdecken mit Hilfe von diskreten "Konfigurationen" beschreibt und dieses Problem eliminiert. Um die Vorteile dieses Konfigurationsmodells aufzuzeigen, vergleichen wir es mit einem klassischen Ansatz, den wir Standardmodell nennen. Wir zeigen, dass das Konfigurationsmodell mehrere facettendefinierende Ungleichungen des Standardmodells impliziert: Setcover-, symmetrische Band-, Multicover- und MIR-Ungleichungen. Diese theoretischen Ergebnisse können wir mit Rechenergebnissen bestätigen. Um die Anzahl dieser Variablen auch für große Instanzen zu beschränken, schlagen wir ein weiteres Modell vor, welches nur eine Teilmenge der Konfigurationsvariablen enthält. Dieses stellt sich als ein sehr guter Kompromiss zwischen der Größe und der Stärke des Modells heraus. Da das Linienplanungsproblem eine Spezialisierung des Netzwerkdesignproblems ist, können unsere Methoden auch auf andere Problemklassen übertragen werden.