Optimale Trassenführung: Diskretisierung - Splineapproximation - Variationsmethoden

Hommel, Angela; Richter, Matthias

Ausgehend von mathematischen Überlegungen haben wir einfache Modellansätze zur Bearbeitung des folgenden Optimierungsproblems erarbeitet und numerische Tests durchgeführt: Eine Landkarte wird in Quadrate unterteilt, wobei jedes Quadrat mit einem Faktor zu bewerten ist. Dieser Wichtungsfaktor sei klein, wenn das Gebiet problemlos passierbar ist und entsprechend groß, wenn es sich um ein Naturschutz-gebiet, einen See oder ein schwer befahrbares Gebiet handelt. Gesucht wird nach einer günstigen Verbindung vom Punkt A zum Punkt B, wobei die durch den Wichtungsfaktor gegebenen landschaftlichen Besonderheiten zu berücksichtigen sind. Wir formulieren das Problem zunächst als Variationsproblem. Eine notwendige Bedingung, der die Lösungsfunktion genügen muß, ist die Euler-Lagrangesche Differentialgleichung. Mit Hilfe der Hamiltonschen Funktion ist es möglich, diese Differentialgleichung in kanonischer Form zu schreiben. Durch Vereinfachung des Modelles gelingt es, das System der kanonischen Gleichungen so zu konkretisieren, daß es als Ausgangspunkt für numerische Untersuchungen betrachtet werden kann. Dazu verwandeln wir die ursprüngliche Landschaft in eine >Berglandschaft<, wobei hohe Berge schwer passierbare Gebiete charakterisieren. Das einfachste Modell ist ein einzelner Berg, der mit Hilfe der Dichtefunktion einer zweidimensionalen Normalverteilung erzeugt wird. Zusätzlich haben wir Berechnungen an zwei sich überlagernden Bergen sowie einer Schlucht durchgeführt.

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Hommel, Angela / Richter, Matthias: Optimale Trassenführung: Diskretisierung - Splineapproximation - Variationsmethoden. 2005.

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