Das Forschungsprojekt E-MOTION hat das Ziel, die Mobilität im motorisierten Personen- und Güterverkehr in Deutschland energieeffizienter zu gestalten. Wir betrachten exemplarisch die beiden Transportwege Luft- und Schienenverkehr. Mathematische Analyse und Optimierung maßgeblicher Planungsschritte liefern die Werkzeuge, um die Energieeffizienz der beiden Verkehrsträger zu untersuchen und vor allem innerhalb eines Verkehrsträgers, aber auch in der Vernetzung mit anderen Verkehrsträgern, Potenziale zu erkennen und auszuschöpfen. E-MOTION zielt auf eine optimierte Flugroutenwahl zur Minimierung von Treibstoffverbrauch und Emissionen im Luftverkehr und ein optimales Energiemanagement im Schienenverkehr. Für letzteren wird durch optimiertes Routing und eine optimierte Betriebsplanung eine deutliche Reduktion von Energieverbrauch und -kosten ermöglicht. Zudem untersuchen wir den optimalen Ausbau der Umschlagkapazitäten von Gütern auf die Schiene. Im Teilprojekt 'Robuste Energiespitzenminimierung im Betriebsplanentwurf' werden die zeitlichen Freiheitsgrade bei der Betriebsplanung dazu genutzt, Spitzenenergielasten in den elektrischen Teilnetzen zu minimieren. Dies erlaubt eine deutliche Reduktion der notwendigen Reserveenergie, die für einen großen Teil der Energiekosten verantwortlich ist, und führt zu einer Stabilisierung der elektrischen Energieversorgung. Beginnend mit einer Anforderungsanalyse bei den beteiligten Industriepartnern werden Modelle und Lösungsalgorithmen für im Verbund auftretenden komplexen Probleme entwickelt. Im besonderen Fokus steht die gemeinsame Entwicklung von adaptiven Aggregationstechniken für die untersuchten Optimierungsmodelle. Dies ermöglicht bessere Lösungen innerhalb kürzerer Zeit, da die Problemkomplexität deutlich reduziert wird. Die extrem hochdimensionale Betriebsplanung profitiert hier vor allem von einer Aggregation der zeitlichen Dimension. Dies wird verbunden mit neuen Konzepten der Robusten Optimierung im Energiekontext.
Das Gesamtvorhaben SmartAQnet integriert Daten unterschiedlicher Herkunft und Qualität zu einem dynamischen Netzwerk an Messungen zur Luftqualität über die gesamte Fläche einer Stadt, im Projekt die Stadt Augsburg. Im Teilprojekt des Instituts für Geographie der Universität Augsburg wird die erzeugte Messpunktwolke durch mobile Messungen verdichtet und erweitert um dreidimensionale Messungen der Aerosolverteilung in Luftschichten oberhalb des Stadtkörpers mittels unbemannter Luftfahrtsysteme (UAS). Dies erlaubt die geostatistische Verbesserung des bodengestützten Datenkollektivs sowie eine Fehlerschätzung und Plausibilitätsprüfung. Hiervon profitieren Informationsdienste zur Aerosolverteilung, wie eine experimentelle Kurzfristvorhersage der Luftqualität sowie die Implementierungen einer nach Luftqualitätskriterien optimierten Verkehrsroutingapplikation, die als Anwendungsprototyp entwickelt wird. I.) Entwicklung mobiler und insbesondere luftgestützter Messplattformen II.) Operationelle Messflüge an einem Standort mehrmals in der Woche über drei Jahre hinweg und Validierung der in-situ-Messungen mittels Ceilometer zur Erfassung der zeitlichen Variabilität III.) 12 Intensivmesskampagnen mit parallel stattfindenden Messflügen und Mobilemessfahrten im gesamten Stadtgebiet zur Erfassung der räumlichen Variabilität der Aerosolverteilung IV.) Geostatistische Modellierung und Analyse des Gesamtdatenkollektivs zur Qualitätsoptimierung und zum Einsatz in Prädiktion und Verkehrsrouting