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Simulation – Hilfsmittel zur Beantwortung
eisenbahnbetriebswissenschaftlicher Fragen
Braunschweiger Verkehrskolloquium , 04. März 2004Prof. Dr.-Ing. Thomas Siefer
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Inhalt
Einleitung
Theoretischer Ansatz
Simulation und Auswertung
Einsatzfelder
Ausblick
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Einleitung
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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
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Einleitung
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Theoretischer Ansatz
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Theoretischer AnsatzInfrastruktur
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Theoretischer Ansatz
Infrastruktur
Exemplarischer Ausschnitt in Frankfurt Süd
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Theoretischer Ansatz Aufbereitung der Infrastrukturdaten
Geschwindigkeiten im Spurplan
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Theoretischer Ansatz Aufbereitung der Infrastrukturdaten
Neigungen im Spurplan
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Theoretischer Ansatz Zugdaten
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Theoretischer AnsatzLeit- und Sicherungstechnik
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Theoretischer Ansatz Signal- und Sicherungstabelle
Grafischer Spurplan
Signaltabelle mit Durchrutschwegen
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Theoretischer Ansatz Strecken- und Geschwindigkeitsbänder
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Theoretischer Ansatz Leistungsumfang
Gesamtnetz DB AG
65.400 Gleiskilometer
38.000 Zugfahrten
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Theoretischer AnsatzRailSys – Infrastrukturmanagement, Fahrplankonstruktion, Betriebssimulation, Auswertungen
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Simulation und Auswertung
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Simulation und AuswertungRailSys - Fahrplankonstruktion
Fahrplantrassenmanager Hauptfunktionen
Ankunft, Abfahrt, Haltezeiten
Neigungsband
Geschwindigkeitsband
Stationen Anschlüsse Trassenwunsch Streckenspiegel
Zugliste Zeit-Weg-Linie und Sperrzeittreppen
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Simulation und AuswertungFahrplankonstruktion
Trassendarstellung in der Bildfahrplanansicht
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Theoretischer Ansatz Fahrplankonstruktion
Gleisbelegungsplan mit Übergangsdiagramm
Gleisbelegungen Anschlussbeziehungen
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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
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Simulation und AuswertungRailSys - Simulationsmanager
Animation der Betriebsabläufe (Zugnummern)
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Simulation und AuswertungBeispiele für Konflikte
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Simulation und Auswertung
RailSys - Auswertungsmanager
Makroskopische und mikroskopische Belastungsdarstellungen
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Simulation und AuswertungRailSys - Auswertungsmanager
Auswertungen zur Betriebsqualität
Auswertung simulierter Fahrpläne
Auswertung von Verspätungen
Statistiken z. B. für
NetzeStreckenBahnhöfeZugtypen
AnkunftsverspätungAbfahrtsverspätungDispositionshandlungenVerspätungsverteilungen
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Simulation und AuswertungRailSys - Auswertungsmanager
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
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Simulation und AuswertungRailSys - Auswertungsmanager
Pünktlichkeit und Anschlusssicherung
RB 74 aus Ri. Paderborn stark
verspätet
RE 70/78 aus Ri. Minden stark
verspätet
94 %
5 Min
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Einsatzfelder
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EinsatzfelderOlympische Spiele Sydney 2000
Olympia 2000
• Sonderfahrplan Geändertes Linienkonzept
– Verdichtung auf 5-Minuten-Takt
• Zusätzliche Infrastruktur im Bereich des Olympiageländes
– „Olympic Loop“
– Überleitverbindungen
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EinsatzfelderOlympische Spiele Sydney 2000
• 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
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EinsatzfelderOlympische Spiele Sydney 2000
• 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
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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
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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
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EinsatzfelderInfrastruktur und Fahrplankonstruktion
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
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EinsatzfelderInfrastruktur und Fahrplankonstruktion
Erstellung und Bewertung zukünftiger Fahrplankonzepte
Bemessung von Infrastruktur für unterschiedliche Fahrplankonzepte
Ermittlung der Auswirkungenvon neuen Fahrzeugen mit verbesserter Fahrdynamikauf die Betriebsqualität
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EinsatzfelderBaubetriebs- und Logistikplanung
Infrastruktur:
Gleislänge: 4.150 km
Weichen/Kreuzungen: 3.700
Signale: 4.700
Bahnhöfe: 452
Berlin
Hamburg
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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
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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
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EinsatzfelderBaubetriebs- und Logistikplanung
Korridor Hamburg - Berlin
Baubetriebsplanung und Trassenmanagement
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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
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EinsatzfelderBahnhofsgleissperrungen
Streckengleissperrung im Bildfahrplan mit Konflikterkennung
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Ausblick
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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
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AusblickAutomatische Trassensuche
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
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AusblickAutomatische Trassensuche
Exakter Laufweg der gefundenen Trasse im mikroskopischen Netz
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AusblickVerknüpfung der Modelle
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Simulation – Hilfsmittel zur Beantwortung
eisenbahnbetriebswissenschaftlicher Fragen
Braunschweiger Verkehrskolloquium , 04. März 2004Prof. Dr.-Ing. Thomas Siefer