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Seite 1 Prof. Dr.-Ing. Thomas Siefer: Simulation – Hilfsmittel zur Beantwortung eisenbahnbetriebswissenschaftlicher Fragen

Simulation – Hilfsmittel zur Beantwortung

eisenbahnbetriebswissenschaftlicher Fragen

Braunschweiger Verkehrskolloquium , 04. März 2004Prof. Dr.-Ing. Thomas Siefer


Inhalt

Einleitung

Theoretischer Ansatz

Simulation und Auswertung

Einsatzfelder

Ausblick


Einleitung


Einleitung

Angebotsentwicklung(Linien- und Betriebskonzepte)

Fahrplan- Trassen- Konstruktion(Sind Trassen konstruierbar?

Sind Angebote planbar?)

Kapazitäts- und Engpassanalyse

Infrastruktur-entwicklung und

-optimierung

Rai

lSys

BetrieblicheLeistungs-

und Engpassanalyse

Fahrzeug-entwicklung und

Betriebsablaufoptimierung

Bewertungsparameter- Fahrbarkeit- Betriebsqualität- Pünktlichkeit- Anschlusssicherung- Umlaufsicherung

Betriebskosten

Nutzen-Kosten-Untersuchungen NKU

RailSys

Betriebssimulation (Sind die planbaren

Betriebsabläufe fahrbar?)

NachfrageprognoseMarktanalyse


Einleitung


Theoretischer AnsatzInfrastruktur



Infrastruktur

Exemplarischer Ausschnitt in Frankfurt Süd


Theoretischer Ansatz Aufbereitung der Infrastrukturdaten

Geschwindigkeiten im Spurplan


Theoretischer Ansatz Aufbereitung der Infrastrukturdaten

Neigungen im Spurplan


Theoretischer Ansatz Zugdaten


Theoretischer AnsatzLeit- und Sicherungstechnik


Theoretischer Ansatz Signal- und Sicherungstabelle

Grafischer Spurplan

Signaltabelle mit Durchrutschwegen


Theoretischer Ansatz Strecken- und Geschwindigkeitsbänder


Theoretischer Ansatz Leistungsumfang

Gesamtnetz DB AG

65.400 Gleiskilometer

38.000 Zugfahrten


Theoretischer AnsatzRailSys – Infrastrukturmanagement, Fahrplankonstruktion, Betriebssimulation, Auswertungen


Simulation und AuswertungRailSys - Fahrplankonstruktion

Fahrplantrassenmanager Hauptfunktionen

Ankunft, Abfahrt, Haltezeiten

Neigungsband

Geschwindigkeitsband

Stationen Anschlüsse Trassenwunsch Streckenspiegel

Zugliste Zeit-Weg-Linie und Sperrzeittreppen


Simulation und AuswertungFahrplankonstruktion

Trassendarstellung in der Bildfahrplanansicht


Theoretischer Ansatz Fahrplankonstruktion

Gleisbelegungsplan mit Übergangsdiagramm

Gleisbelegungen Anschlussbeziehungen


Simulation und AuswertungRailSys - Simulationsmanager

Simulation der Betriebsabläufe

Fahrplan- und Betriebssimulation:

Untersuchung auf Stabilität

Simulation verschiedener Fahrpläne

Berücksichtigung der Signallogik

Dispositionsregeln

zwischen 50 und 100 Betriebstageergänzt mit Verspätungen und verlängerten Haltezeiten


Simulation und AuswertungRailSys - Simulationsmanager

Animation der Betriebsabläufe (Zugnummern)


Simulation und AuswertungBeispiele für Konflikte



RailSys - Auswertungsmanager

Makroskopische und mikroskopische Belastungsdarstellungen


Simulation und AuswertungRailSys - Auswertungsmanager

Auswertungen zur Betriebsqualität

Auswertung simulierter Fahrpläne

Auswertung von Verspätungen

Statistiken z. B. für

NetzeStreckenBahnhöfeZugtypen

AnkunftsverspätungAbfahrtsverspätungDispositionshandlungenVerspätungsverteilungen



Bewertungskenngrößen für Nutzen-Kosten-Untersuchungen

Beförderungszeit: Wunsch(Angebot) – Planung(Fahrplankonstruktion) – Betrieb(Simulation)

RE: Uelzen - Stendal - Magdeburg

Zug-Nr.

8001 Uelzen Magdebg. 07 07 1 07 1 00:31:58 00:31:58 00:37:08 00:00:00 00:05:10 00:05:108003 Uelzen Magdebg. 09 09 1 09 1 00:31:58 00:31:58 00:38:23 00:00:00 00:06:25 00:06:258005 Uelzen Magdebg. 11 11 1 11 1 00:31:58 00:31:58 00:36:43 00:00:00 00:04:45 00:04:458007 Uelzen Magdebg. 13 13 1 13 1 00:31:58 00:31:58 00:36:46 00:00:00 00:04:48 00:04:488009 Uelzen Magdebg. 15 15 1 15 1 00:31:58 00:31:58 00:37:25 00:00:00 00:05:27 00:05:278011 Uelzen Magdebg. 17 17 1 17 1 00:31:58 00:31:58 00:37:18 00:00:00 00:05:20 00:05:208013 Uelzen Magdebg. 19 19 1 19 1 00:31:58 00:31:58 00:40:27 00:00:00 00:08:29 00:08:298015 Uelzen Magdebg. 21 21 1 21 1 00:43:47 00:45:13 00:51:02 00:01:26 00:05:49 00:07:15

Summe 8 8 04:27:33 04:28:59 05:15:12 00:01:26 00:46:13 00:47:39

Start-Bf Konstruk-tion

Konstruk-tion

Simula-tion

Ziel-Bf Wunsch

Laufweg Beförderungszeit

Wunsch

Verkehrsstunde

Differenz Wunsch - Planung

Differenz Planung - Betrieb

Differenz Wunsch -

Betrieb

Anzahl der

Züge

Simula-tion

Anzahl der

Züge



Pünktlichkeit und Anschlusssicherung

RB 74 aus Ri. Paderborn stark

verspätet

RE 70/78 aus Ri. Minden stark

verspätet

94 %

5 Min


Einsatzfelder


EinsatzfelderOlympische Spiele Sydney 2000

Olympia 2000

• Sonderfahrplan Geändertes Linienkonzept

– Verdichtung auf 5-Minuten-Takt

• Zusätzliche Infrastruktur im Bereich des Olympiageländes

– „Olympic Loop“

– Überleitverbindungen



• Im Vorfeld große Bedenken hinsichtlich der Funktionsfähigkeit und der Akzeptanz

– Schlechte Betriebsqualität bis August 2000

– Hohe Störanfälligkeit der Fahrzeuge und der Sicherungstechnik

• Einsatz von RailSys zur:

– Ermittlung und Verbesserung der Betriebsqualität des geplanten Olympiafahrplans

– Identifikation von Schwachstellen und Empfehlung von Lösungsmöglichkeiten

– Untersuchungen von Störungsszenarien

– Überprüfung der Umlaufpläne



• Ergebnisse

– Verbesserung der OTR-Werte (On Time Running) von durchschnittlich 84,2% auf 94,6% möglich

– Bestätigung der simulierten Werte durch die realen Messwerten (94,5%) während der Olympiade


EinsatzfelderRegelfahrplan 2002

Regelfahrplan 2002

• Neuer Regelfahrplan mit geändertem Betriebskonzept

– Geändertes Linienkonzept

– Bessere betriebliche Trennung der einzelnen Fahrplansektoren

– Anpassung der Taktdichte an das aktuelle Fahrgastaufkommen

– Änderung der Umlaufplanung mit neuem Wartungskonzept

Komplett neuer Fahrplan für alle 3 Fahrplansektoren


EinsatzfelderInfrastruktur und Fahrplankonstruktion

State Rail Authority (SRA) ist der staatliche Eisenbahnbetreiber von New South Wales (NSW) in Australien

SRA ist verantwortlich für die Infrastruktur und den Betrieb des Personenverkehrs im Großraum Sydney

Die sonstige Infrastruktur in NSW ist der Rail Infrastructure Cooperation (RIC) unterstellt

Einführung von RailSys sowohl bei SRA als auch bei RIC Ende der 90er Jahre als qualifiziertes Tool für Infrastruktur- und Betriebsuntersuchungen



Sydney Metropoletian Network

• 1000 Gleiskilometer (bis 6-Gleise)

• Über 200 Stationen

• 3000 Zugfahrten/Tag

• Durchschnittlich ca. 1 Mio.Fahrgäste täglich

• 5000 km² Ausdehnungdes Großraums Sydney(Großraum Berlin = 884 km²)

• 4 Millionen Einwohner



Erstellung und Bewertung zukünftiger Fahrplankonzepte

Bemessung von Infrastruktur für unterschiedliche Fahrplankonzepte

Ermittlung der Auswirkungenvon neuen Fahrzeugen mit verbesserter Fahrdynamikauf die Betriebsqualität


EinsatzfelderBaubetriebs- und Logistikplanung

Infrastruktur:

Gleislänge: 4.150 km

Weichen/Kreuzungen: 3.700

Signale: 4.700

Bahnhöfe: 452

Berlin

Hamburg


Einsatzfelder

Zielsetzung bei der Baubetriebs- und Logistikplanung

Aufbau einer detaillierten Datenbasis für den Gesamtkorridor

vor, während, nach der Totalsperrung am Beispiel Nauen - Wittenberge

Baubetriebs- und Logistikplanung

tagesgenaue Berücksichtigung der jeweiligen Bauzustände

qualifizierte Grundlagen für die Integration der Baulogistikzüge in den Regel- in den Sonderzugfahrplan

Aussagen über die Auswirkungen von Verspätungen

Baubegleitende Fortschreibung der Logistikkonzepte

kontinuierliche Fortschreibung der aufgestellten Logistikkonzepte

Darstellung der Auswirkungen von Änderungen des Bauablaufs


EinsatzfelderVorgehen bei der Baubetriebs- und Logistikplanung

Fahrplan 2003 als Basis für Umleitungsverkehr

Genaue Fahrzeitberechnung unter Berücksichtigung

Fahrdynamischer Kenngrößen des Zuges

Zulässige Geschwindigkeiten

Längsneigungen der Strecke

Netzweite Bestimmung aller Konflikte der Fahrplantrassen

auf der Strecke

in den Bahnhöfen

Abstimmung der Gleisbelegungen in den Bahnhöfen

Anwendung der Konstruktionsregeln der DB Netz AG

Fahrzeitzuschläge (Regelzuschlag, Bauzuschlag)

Pufferzeiten


EinsatzfelderBaubetriebs- und Logistikplanung

Korridor Hamburg - Berlin

Baubetriebsplanung und Trassenmanagement


EinsatzfelderVorgehen bei der Baubetriebs- und Logistikplanung

Basis: Konfliktfrei konstruierte Fahrpläne

Simulation der Betriebsabläufe mit äußeren Störungen

Einbruchsverspätungen an den Grenzen des Untersuchungsraumes

Haltezeitverlängerungen in den Bahnhöfen

Berücksichtigung der Sicherungssysteme

Fahrstraßenausschlüsse

Durchrutschwege

PZB 90, LZB

Gleichzeitige Simulation aller Zugfahrten auf dem Netz

Vergleich der Ergebnisse der simulierten Varianten


EinsatzfelderBahnhofsgleissperrungen

Streckengleissperrung im Bildfahrplan mit Konflikterkennung


Ausblick


AusblickAutomatische Trassensuche

Stufe 1 Trassenprogrammgenerator (Trassensuchmaschine)

Ermittlung einer einzelnen konfliktfreien Fahrplantrasse – ohne Vorrang

Ermittlung einer einzelnen konfliktfreien Fahrplantrasse unter Einhaltung der Konstruktionsregeln

Regelfahrzeitzuschläge, Bauzuschläge

PufferzeitenFahrplansymmetrie

Ermittlung einer einzelnen freien Fahrplantrasse über Alternativroute



Stufe 2 Betriebsprogrammgenerator

Richtung und Gegenrichtung gleichzeitig bearbeiten

einzelne FahrplantrasseTaktangebot

Automatische Lösung von Überholungskonflikten zwischen zwei Fahrplantrassen

Automatische Lösung von Kreuzungskonflikten zwischen zwei Fahrplantrassen

Verdichtung bestehender Takte

Restkapazitäten auf einer Relation bestimmen

Umsetzung makroskopischer Zugbelastungen in Fahrplantrassen



Exakter Laufweg der gefundenen Trasse im mikroskopischen Netz


AusblickVerknüpfung der Modelle


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