Leistungs-Untersuchungen für Knoten und Strecken
FAKTUS / RUT ist ein Verfahren zur interaktiven Fahrplan-Feinkonstruktion und -untersuchung, insbesondere Strecken mit den zugehörigen Fahrstraßenknoten. Durch die integrierte Fahrzeit- und Belegungsrechnung mit graphischer Bedieneroberfläche wird die Erstellung eines konfliktfreien Fahrplans mit hoher Betriebsqualität unterstützt.
Die Fahrplankonstruktion basiert auf einer äußerst feinen, jedoch redundanzarmen und flexiblen Modellierung der Infrastrukturdaten der zugrundeliegenden Strecken und Bahnhöfe. Hierzu wird der Gleisplan als knotenbewerteter gerichteter Graph, dem Spurplangraph, aufgefasst, bei dem Weichen und Kreuzungen durch Knoten dritten Grades, alle übrigen Streckenmerkmale (Haupt- und Vorsignale, Zugschlussstellen, Neigungswechsel, Geschwindigkeitswechsel usw.) durch Knoten zweiten Grades abgebildet werden.
Auf der Grundlage dieses Spurplangraphen kann die Ermittlung der Belegungszeiten von Weichen, Zugfolgeabschnitten, Zwischenweichenabschnitten und niveaugleichen Bahnsteigzugängen so strukturiert werden, dass Konflikte zwischen vorgesehenen Fahrplantrassen unter Berücksichtigung signaltechnischer Abhängigkeiten klar zeitlich und räumlich zugeordnet werden können. Die Bestimmung der Pufferzeiten und der hierfür maßgeblichen Belegungselemente, welche beim manuellen Konstruktionsverfahren auf Zeit-Weg-Linien-Basis nur auf Schätzungen beruht, wird präzisiert und ebenso wie die Wartezeiten zur Bewertung der Fahrplangüte eingesetzt.
Als Weiterentwicklung von üblichen, rein auf Strecken bezogenen Darstellungsformen, des Bildfahrplans und der Sperrzeitentreppen, wird eine Form der Visualisierung von Belegungen und Konflikten verwendet, bei der die Berechnungsergebnisse auch im Bereich von Weichenvorfeldern und mehrgleisigen Strecken durch informative und übersichtliche Grafiken wiedergegeben werden können.
FAKTUS / RUT wurde nach einer erfolgreich abgeschlossenen Pilotanwendung für die Erstellung des Jahresfahrplans 1996/97 auf ausgewählten Strecken bei der DB Netz AG eingesetzt. Seit der Erstellung des Jahresfahrplans 1998/99 ist FAKTUS / RUT die Standardanwendung im Trassenmanagement auf dem gesamten Streckennetz der DB Netz AG und wurde im Jahr 2003 durch die DB Systems GmbH in das netzwerkfähige, datenbankbasierte Nachfolgesystem RUT-K überführt.
Literaturhinweise:
Programm zur interaktiven Fahrplanfeinkonstruktion
Eine bewährte Grundlage für die Kapazitätsberechnungen bilden seit Jahrzehnten analytische Methoden, mit deren Hilfe Leistungsfähigkeitsnachweise und Dimensionierungen von bestehenden bzw. geplanten Bahnanlagen durchgeführt werden.
Mit Hilfe von analytischen Modellen können sowohl die planmäßigen Wartezeiten, die bei der Fahrplanerstellung aufgrund der Verschiebung der Züge aus deren Wunschlage entstehen, als auch die außerplanmäßigen Wartezeiten, die infolge von verspäteten Zügen im Betriebsablauf entstehen, ermittelt werden. Hierbei werden bedienungstheoretische Modelle zur Quantifizierung von Wartezeiten im Fahrplan, sowie wahrscheinlichkeitstheoretische Modelle zur Berechnung der Folgeverspätungen im Betriebsablauf verwendet.
Zur Anwendung der analytischen Modelle muss die Infrastruktur in einstellige Bedienungssysteme, die sogenannten Teilfahrstraßenknoten, unterteilt werden. Diese werden vor der eigentlichen Berechnung allein aufgrund der Infrastruktur automatisch abgegrenzt. Bei der Berechnung der Mindestzugfolgezeiten werden alternative Fahrtmöglichkeiten zur Bestimmung der Überholungs- und Kreuzungsabschnitte automatisch ermittelt. Anschließend werden dann die planmäßigen sowie die außerplanmäßigen Wartezeiten bestimmt.
Neben umfangreichen tabellarischen Ausgaben kann die Belastung der Teilfahrstraßenknoten unmittelbar anhand einer graphischen Infrastrukturdarstellung erkannt werden. Hierbei wird die Belastung der Teilfahrstraßenknoten durch unterschiedliche Einfärbung angezeigt. Dadurch ist es möglich, sowohl Rationalisierungspotential als auch Engpässe im Netz zu lokalisieren.
Die analytischen Werkzeuge eignen sich besonders für langfristige Infrastrukturplanungen, da sie aufgrund des wahrscheinlichkeitsorientierten Ansatzes die Vielfalt verschiedener Fahrplanvarianten basierend auf einem vorgegebenen Betriebsprogramm abbilden. Infrastrukturplanungen können so auf eine breitere Basis gestellt werden, als dies mit Hilfe von einzelnen für die Simulation der Betriebsabwicklung erstellten Fahrpläne möglich ist.
ANKE basiert wie FAKTUS / RUT auf dem Infrastrukturmodell SPURPLAN. Durch die gemeinsame Datenbasis mit dem Standardverfahren des Trassenmanagements können die Infrastrukturdaten unmittelbar übernommen und müssen nicht aufwendig für Leistungsfähigkeitsuntersuchungen aufgenommen werden.
Für Knotenuntersuchungen bei der DB Netz AG sowie der DE-Consult (DEC) wird ANKE seit einigen Jahren als Standardverfahren eingesetzt.
Literaturhinweise:
Programm zur analytischen Netzkapazitätsberechnung
BABSI stellt eine Weiterentwicklung der asynchronen Verfahren zur Simulation der Fahrplanerstellung und der Betriebsabwicklung von Schienenbahnen dar. Mit Hilfe einer neu entwickelten Simulationsstrategie können in den klassischen Fragestellungen der Eisenbahnbetriebswissenschaft - Bemessung von Eisenbahninfrastruktur und Validierung neuer Fahrplan- und Betriebskonzepte - aufgrund der verfeinerten Konfliktlösung insbesondere in eingleisigen Abschnitten und in komplexen Netzstrukturen bessere Ergebnisse erzielt werden. Hierzu tragen vor allem die automatisch bestimmten Laufwegalternativen, die abschnittsweise Konfliktlösung auf der Basis von Überholungsabschnitten und die adaptive Berechnung unterschiedlicher Konfliktlösungsalternativen mit Auswahl anhand einer Zielfunktion bei.
Das Werkzeug BABSI verfügt über eine Stufe der Simulation der Fahrplanerstellung sowie über die Stufe der Betriebsabwicklung. Neben diesen Standardsimulationsmodi kann BABSI auch zur Lösung von Einzelkonflikten durch die Erzeugung von Konfliktlösungsvorschlägen, zur Suche nach freien Einzeltrassen in bestehenden Fahrplänen (Trassensuche), aber auch für ein kapazitätsschonendes Einlegen mehrerer Zugtrassen eingesetzt werden.
Zur Bewertung der Simulationsergebnisse können die planmäßige Wartezeit (Simulation der Fahrplanerstellung) und die außerplanmäßige Wartezeit (Simulation der Betriebsabwicklung) verwendet werden. Die jeweils zugbezogenen Einzelwerte können nach Zuggattungen und nach Betriebsstellen zusammengefasst werden.
Die Simulationsverfahren eigenen sich besonders zur Überprüfung von Fahrplanvarianten auf ihre Auswirkungen im Betriebsgeschehen. Mit Hilfe von BABSI können die Abhängigkeiten eines Fahrplans modelliert werden und so Fahrplanvarianten noch vor dem realen Betriebsprozess in einer Simulation hin untersucht werden.
BABSI basiert wie FAKTUS / RUT auf dem Infrastrukturmodell SPURPLAN. Durch die gemeinsame Datenbasis (sowohl Infrastruktur- als auch Zugdaten) mit dem Standardverfahren des Trassenmanagements können die zur Simulation erforderlichen Daten unmittelbar aus dem Produktionssystem übernommen werden.
Literaturhinweise:
Programm zur Simulation der Fahrplanerstellung und des Betriebsablaufs
Für qualitativ hochwertige Dispositionsentscheidungen muss die Datengrundlage für die Konflikterkennung entscheidend verbessert werden, denn nur aufgrund einer exakten Konfliktermittlung kann die Konfliktlösung ein hohes Qualitätsniveau erreichen. Durch Anwendung von Methoden des Trassenmanagements - aufbauend auf der Fahrplanfeinkonstruktion mit genauer Fahrzeitrechnung und auf Sperrzeitenbasis - können im Betriebsablauf neue konfliktfreie Dispositionsfahrpläne erstellt werden.
Das Dispositionsverfahren ASDIS verwendet Methoden des rechnerunterstützten Trassenmanagements und den aus den Simulationsverfahren bekannten asynchronen Ansatz. Mit Hilfe von ASDIS können konfliktfreie Dispositionsfahrpläne, die auf den Gegebenheiten des aktuellen Betriebsgeschehens beruhen, erstellt werden. Bei jeder Abweichung vom derzeit aktuellen Dispositionsfahrplan wird, falls sich aus den Abweichungen Konflikte ergeben, ein neuer Dispositionsfahrplan konstruiert. Auf der Grundlage einer exakten Fahrzeitrechnung, die auch das Kürzen der Fahrzeitzuschläge im Verspätungsfall beinhaltet, kann eine genaue Prognose für die weiteren Fahrtverläufe der Züge erstellt werden. Mit Hilfe der asynchronen Vorgehensweise können Konflikte erkannt und gelöst werden, die erst in weiterer Zukunft auftreten werden. Dadurch kann eine weiträumige Disposition realisiert werden.
ASDIS kann in den Betriebszentralen eingesetzt werden, um den Disponenten geeignete Konfliktlösungsmöglichkeiten zu unterbreiten. Konzipiert ist das Verfahren jedoch auch für eine automatische Disposition in den Betriebszentralen. Durch den Einsatz von ASDIS kann nicht nur Rationalisierungspotential erschlossen, sondern auch eine Verbesserung der Produktivität, der Qualität und der Flexibilität in der Betriebsführung erzielt werden.
ASDIS basiert wie FAKTUS / RUT auf dem Infrastrukturmodell SPURPLAN. Durch die gemeinsame Datenbasis im Trassenmanagement und in der Betriebsführung wird eine durchgehende Prozessgestaltung in der betrieblichen Planung ermöglicht.
Literaturhinweise:
Programm zur Entscheidungsunterstützung bei der Disposition des Zuglaufs
Das Programmpaket STRELE dient zur Berechnung der Leistungsfähigkeit ein- oder zweigleisiger Eisenbahnstrecken unter Berücksichtigung der Betriebsqualität. Die Streckenkapazität wird in Anlehnung an die Richtlinie R 405 der Deutschen Bahn ermittelt. Mit Hilfe der Matrizen der Mindestzugfolgezeiten und der Fahrtenfolgefälle sowie des Verspätungsniveaus der einzelnen Modellzüge werden die erforderlichen Pufferzeiten so bemessen, dass eine zulässige Summe von Folgeverspätungen nicht überschritten wird.
STRELE gliedert sich in vier Module: Dateneingabe und -verwaltung, Fahr- und Sperrzeitberechnung, Ermittlung der Mindestzugfolgezeiten und Ermittlung der Leistungsfähigkeit. Das Programm liefert im einzelnen
Somit können Fragen zur Kapazität, Rationalisierung und Betriebsweise von Strecken mit geringem manuellen Rechenaufwand bearbeitet werden.
STRELE ist ebenso wie STRESI und ALFA Bestandteil der Programmfamilie SLS, welche für Leistungsfähigkeitsberechnungen als Standard-Werkzeug bei der DB Netz AG, dem Eisenbahnbundesamt sowie diversen Ingenieurbüros in Deutschland und im benachbarten Ausland eingesetzt wird.
Theoretische Grundlagen:
Programm zur analytischen Berechnung der Streckenleistungsfähigkeit
Das Programmpaket STRESI kann zur Simulation der Fahrplanerstellung und der Betriebsführung zweigleisiger Strecken eingesetzt werden. Es hat mit STRELE die auf Plausibilität überprüfte interaktive Dateneingabe gemein und dient zur selbsttätigen Ermittlung der Fahr- und Sperrzeiten sowie zur Simulation von Fahrplan- und Betriebssituationen. Das Programm liefert im einzelnen
Die Simulation erfolgt nach dem asynchronen Verfahren: Die Zeit-Weg-Linien und Sperrzeitentreppen werden vor der eigentlichen Simulation berechnet, bei der jeweils die Zugfahrten einer Rangordnungsstufe als Ganzes eingelegt werden. Auf diese Weise ist eine exakte Abbildung der Rangordnung der unterschiedlichen Zuggattungen möglich.
STRESI ist ebenso wie STRELE und ALFA Bestandteil der Programmfamilie SLS.
Theoretische Grundlagen:
Programm zur Simulation der Fahrplanerstellung und des Betriebsablaufs zweigleisiger Strecken
Fahrstraßenknoten sind ein- und mehrstellige Bedienungssysteme im Eisenbahnnetz, z. B. Abzweigstellen oder Bahnhofsköpfe. Durch Fahrwegausschlüsse entstehen im Fahrstraßenknoten Wartezeiten, die zu Beförderungszeitverlängerungen führen. Dabei ist zwischen planmäßigen und außerplanmäßigen Wartezeiten zu unterscheiden
Planmäßige Wartezeiten entstehen bei der Erstellung des Fahrplans, wenn Züge während der Fahrplankonstruktion aus der vom Eisenbahnverkehrsunternehmen gewünschten Lage verdrängt werden.
Zur Sicherstellung einer annehmbaren Angebotsqualität dürfen diese mit Hilfe der Warteschlangentheorie berechenbaren Wartezeiten gewisse Maximalwerte nicht übersteigen, wodurch die Nennleistung ("Praktische Leistungsfähigkeit") des Fahrstraßenknotens begrenzt wird.
Die außerplanmäßigen Wartezeiten entstehen infolge der zeitlichen Abweichungen verspäteter Fahrten vom Fahrplan und der hierdurch hervorgerufenen Behinderungen. Diese Folgeverspätungen können auf wahrscheinlichkeitstheoretischer Basis prognostiziert werden, wobei auch hier zur Sicherstellung einer annehmbaren Betriebsqualität Grenzwerte existieren.
Das Programmpaket ALFA teilt dabei den komplexen Fahrstraßenknoten in sogenannte Teilfahrstraßenknoten (TFK) ein. Die TFK stellen einkanalige Systeme im Sinne der Warteschlangentheorie dar. Über einen Verkettungsalgorithmus kann auch die wechselseitige Beeinflussung der TFK im Gesamt-Fahrstraßenknoten berücksichtigt werden.
Die Eingabe der Infrastruktur und Modellzugdaten erfolgt in ähnlicher Form wie in STRELE und STRESI menügesteuert, wobei die Verknüpfungen der einzelnen Fahrwege eine aufwendigere Datenverwaltung und umfangreiche Plausibilitätskontrolle bedingen. Auch die Erstellung eines grafischen Systemplans ist Teil des Programmpakets. Die einzelnen Punkte (Weichen usw.) werden automatisch zu den der Wartezeitrechnung zugrundeliegenden Bedienungsstellen zusammengefasst. Bei der Berechnung der Mindestzugfolgezeiten werden sowohl die Ausschlüsse im Bahnhof als auch auf den zu- und ablaufenden Strecken berücksichtigt.
Das System unterstützt die Bildung von Varianten der Gleispläne und Betriebsprogramme, so dass eine gleichmäßige Belastung aller Bahnhofsteile und eine aus betrieblicher Sicht optimale Gestaltung des Fahrstraßenknotens erreicht werden kann.
ALFA ist ebenso wie STRELE und STRESI Bestandteil der Programmfamilie SLS.
Theoretische Grundlagen:
Programm zur Berechnung der planmäßigen und außerplanmäßigen Wartezeiten in Fahrstraßenknoten
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