Mo­bil mit Al­go­rith­men

Der Tagesspiegel - - K AUS BERLIN -

Egal ob Au­to, Flug­zeug oder Bahn. Wer heu­te durch Deutsch­land und die Welt reist, be­wegt sich da­bei oft auf Stre­cken, die nach Ber­li­ner For­meln kal­ku­liert wur­den. Denn vom Fahr­plan bis zur Flug­rou­te wird die Steue­rung des Ver­kehrs be­rech­net. Am häu­figs­ten be­merkt man das bei der Be­nut­zung ei­nes Na­vi­ga­ti­ons­sys­tems im Au­to. Und auch die tech­no­lo­gi­schen Fort­schrit­te sind dort am au­gen­fäl­ligs­ten: Längst wer­den Staus in Echt­zeit an­ge­zeigt und al­ter­na­ti­ve Rou­ten vor­ge­schla­gen. Das ist ei­ner­seits da­durch mög­lich, dass heut­zu­ta­ge viel mehr Da­ten über den tat­säch­li­chen Ver­kehr zur Ver­fü­gung ste­hen. Doch die­se In­for­ma­tio­nen al­lein nut­zen erst ein­mal we­nig. „Auch wenn man die Da­ten hat, braucht man Al­go­rith­men, die da­mit et­was an­fan­gen kön­nen“, sagt Le­on Se­ring, Wis­sen­schaft­ler an der Tech­ni­schen Uni­ver­si­tät Ber­lin (TU). Er ist ei­ner von de­nen, die sol­che For­meln ent­wer­fen.

Vie­le die­ser Al­go­rith­men und auch wich­ti­ge ma­the­ma­ti­sche Grund­la­gen da­für sind am Ma­the­on-For­schungs­zen­trum ent­stan­den. „Wir ha­ben das Stan­dard­mo­dell für Be­nut­zer­gleich­ge­wich­te in Ver­kehrs­flüs­sen ent­wi­ckelt“, sagt Mar­tin Sku­tel­la, Pro­fes­sor für Ma­the­ma­tik und In­for­ma­tik an der TU Ber­lin. Da­bei grei­fen die Wis­sen­schaft­ler auf die Spiel­theo­rie zu­rück: Sie neh­men an, dass je­der Fah­rer ego­is­tisch han­delt und auf schnells­tem Weg ans Ziel kom­men will. Doch ab­hän­gig da­von, wie sich je­der Ein­zel­ne ent­schei­det, ver­än­dert sich der Ver­kehr – was wie­der­um Aus­wir­kun­gen auf die künf­ti­gen Ent­schei­dun­gen hat. Vie­le der Ma­the­on-For­scher ar­bei­ten heu­te für den nie­der­län­di­schen Spe­zia­lis­ten TomTom, dar­un­ter auch Hei­kon Schil­ling, der dort in­zwi­schen den Be­reich Na­vi­ga­ti­on lei­tet.

Ge­ra­de bei der Pro­gno­se von Ver­kehrs­flüs­sen, Staus und der Fra­ge, ab wann die Re­ak­tio­nen der Fah­rer wie­der zu neu­en Pro­ble­men füh­ren, ha­ben die Wis­sen­schaft­ler noch viel zu tun. „Ma­the­ma­tisch steckt das noch in den Kin­der­schu­hen“, sagt Se­ring, „wir ste­hen da­bei noch sehr am An­fang.“Ähn­li­ches gilt für au­to­no­me Fahr­zeu­ge, die ge­nau sol­che Al­go­rith­men be­nö­ti­gen. Denn dann wür­den nicht nur ein­zel­ne Fah­rer ego­is­ti­sche Ent­schei­dun­gen tref­fen, son­dern in Flot­ten au­to­no­mer Fahr­zeu­ge könn­ten die­se auch un­ter­ein­an­der ko­ope­rie­ren.

Dann dürf­te auch das lei­di­ge Är­ger­nis der Staus aus dem Nichts en­den. Wis­sen­schaft­lich ist das längst ge­löst: „So­bald der Ver­kehr ei­ne ge­wis­se Dich­te er­reicht, tritt der Ef­fekt von wan­dern­den Stau­wel­len auf“, sagt Sku- tel­la. Ein­zel­ne Fah­rer brem­sen kurz, die Fol­ge­ef­fek­te ver­stär­ken sich dann. „Das ist auch ein Ar­te­fakt der mensch­li­chen Un­zu­läng­lich­keit“, sagt Sku­tel­la. „Wir kön­nen uns al­so al­le dar­auf freu­en, wenn ein­mal kei­ne Men­schen mehr am Steu­er sit­zen.“

Doch die ma­the­ma­ti­sche Ver­kehrs­op­ti­mie­rung ma­de in Ber­lin spürt man längst nicht nur im Au­to­ver­kehr. Bei der Um­lauf­pla­nung nutzt die Deut­sche Bahn seit 2013 die Soft­ware Ro­tor – ent­wi­ckelt eben­falls in Ko­ope­ra­ti­on mit Ma­the­on. „Im Ver­gleich zu Flug­zeu­gen oder Bus­sen war das viel schwie­ri­ger zu mo­del­lie­ren“, sagt Ralf Born­dör­fer, Lei­ter des Fach­be­reichs Ma­the­ma­ti­sche Op­ti­mie­rung am Zu­se In­sti­tut Ber­lin (ZIB). Denn im Ge­gen­satz zu den an­de­ren Trans­port­mit­teln be­ste­hen die Zü­ge aus ver­schie­de­nen Tei­len, die wäh­rend der Stre­cken in un­ter­schied­li­chen Va­ri­an­ten ge­kop­pelt wer­den.

Born­dör­fer und sein Team ha­ben aber auch für vie­le Nah­ver­kehrs­un­ter­neh­men ge­ar­bei­tet und bei­spiels­wei­se 2010 ei­ne neue Li­ni­en­pla­nung für Pots­dam ent­wi­ckelt. Auch die BVG nutzt das Know-how des ZIB. „Bei uns wur­den Me­tho­den ent­wi­ckelt, um die Um­stei­ge­zei­ten zu op­ti­mie­ren, oh­ne die Tak­te der U-Bahn zu ver­än­dern“, sagt Born­dör­fer. Da­durch konn­te die Auf­ent­halts­zeit um bis zu 30 Pro­zent re­du­ziert und ein Zug ein­ge­spart wer­den.

Mit der Mo­del­lie­rung und Op­ti­mie­rung von Flug­rou­ten be­schäf­ti­gen sich die Wis­sen­schaft­ler eben­falls. Al­ler­dings ist ei­ne sim­ple Über­tra­gung der Mo­del­le nicht so ein­fach mög­lich. „Vie­le Me­tho­den funk­tio­nie­ren im Flug­ver­kehr nicht“, sagt Born­dör­fer. Denn ei­ner­seits gibt es in der Luft viel we­ni­ger Hin­der­nis­se und da­her di­rek­te­re Ver­bin­dun­gen. Die Gra­phen und Fluss­dia­gram­men kom­men da­her mit viel we­ni­ger Kno­ten­punk­ten aus. Da­für müs­sen an­de­re Fak­to­ren be­rück­sich­tigt wer­den, vor al­lem das Wet­ter, aber auch der Sprit­ver­brauch und das von der ge­tank­ten Ke­ro­sin­men­ge ab­hän­gi­ge Ge­wicht.

In den ver­gan­ge­nen Jah­ren ha­ben zu­dem der Luft­ver­kehr und die Re­gle­men­tie­run­gen stark zu­ge­nom­men. So wird in­zwi­schen in ei­nem Hand­buch mit meh­re­ren hun­dert Sei­ten fest­legt, wie sich die Flug­zeu­ge auf dem Li­ni­en­netz ver­hal­ten müs­sen. „Die äl­te­ren Al­go­rith­men tun sich aber schwer da­mit, wir brau­chen jetzt ei­ne neue Ge­ne­ra­ti­on “, sagt Born­dör­fer. Ge­nau die ha­ben die Ex­per­ten in­zwi­schen auch ent­wi­ckelt. Nun müs­sen sie nur noch in die Soft­ware der Flug­rou­ten­pla­nung im­ple­men­tiert wer­den.

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