Simulation der Fahrplanerstellung auf der Basis eines hierarchischen Trassenmanagements und Nachweis der Stabilität der Betriebsabwicklung

Gröger, Thomas Andreas; Schwanhäußer, Wulf

doi:urn:nbn:de:hbz:82-opus-4660

Simulation der Fahrplanerstellung auf der Basis eines hierarchischen Trassenmanagements und Nachweis der Stabilität der Betriebsabwicklung

Gröger, Thomas Andreas (Author)

2002

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Thomas Andreas Gröger

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2002

Umfang181 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2002

Genehmigende Fakultät
Fak03

Hauptberichter/Gutachter
Schwanhäußer, Wulf (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2002-07-03

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-4660
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/57201/files/Groeger_Thomas.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Schienenbahnwesen und Verkehrswirtschaft und Verkehrswissenschaftliches Institut (313110)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Handel, Kommunikation, Verkehr (frei) ; Eisenbahnbetriebswissenschaft (frei) ; Fahrplanerstellung (frei) ; Betriebssimulation (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 380

Kurzfassung
Der Schwerpunkt dieser Arbeit besteht in der Weiterentwicklung der asynchronen Verfahren zur Simulation der Fahrplanerstellung und der Betriebsabwicklung von Schienenbahnen. Die neu entwickelte Simulationsstrategie und die Verwendung geeigneter Basiskomponenten aus dem Bereich des rechnergestützten Trassenmanagements führen zu einem Simulationsverfahren, das in verschiedenen Planungsphasen unter Berücksichtigung der Zugprioritäten eingesetzt werden kann und dem direkt flächendeckende Infrastruktur- und Fahrplandaten zur Verfügung stehen. In den klassischen Fragestellungen der Eisenbahnbetriebswissenschaft - Bemessung von Eisenbahninfrastruktur und Validierung neuer Fahrplan- und Betriebskonzepte - erzielt das neue asynchrone Simulationsverfahren aufgrund der verfeinerten Konfliktlösung insbesondere in eingleisigen Abschnitten und in komplexen Netzstrukturen bessere Ergebnisse. Hierzu tragen vor allem die selbst bestimmten Laufwegalternativen, die abschnittsweise Konfliktlösung auf der Basis von Überholungsabschnitten und die adaptive Berechnung unterschiedlicher Konfliktlösungsalternativen mit Auswahl anhand einer Zielfunktion bei. Im Rahmen der Konzeption dieser neuen Simulationsstrategie werden neben den Modellen der Eisenbahnbetriebswissenschaft die Verfahren zur Erstellung von Fahrplänen betrachtet, die algorithmische Komplexität einer automatischen Fahrplanerstellung diskutiert und entsprechende mathematische Ansätze analysiert. Dabei zeigt sich insbesondere, dass die mathematische Modellierung aufgrund der kombinatorischen Vielfalt der möglichen Reihenfolgen der Züge und der jedem Zug zur Verfügung stehenden Fahrwege eine Betrachtung vereinfachter Modellstrukturen erfordert, die von den Fragestellungen des Trassenmanagements zum Teil weit entfernt sind. Dagegen ergibt sich durch die Verwendung des sperrzeitenbasierten Ansatzes und die explizite Betrachtung der Konflikte eine konzeptionelle Nähe zum rechnergestützten Trassenmanagement, die aufgrund der verbesserten Konfliktlösungsstrategie neue Anwendungen in diesem Bereich erlaubt. So kann durch die Erzeugung von Konfliktlösungsvorschlägen, die Suche nach freien Einzeltrassen in bestehenden Fahrplänen und das kapazitätsschonende Einlegen mehrerer Zugtrassen eine direkte Effizienzsteigerung im rechnergestützten Trassenmanagement erreicht werden. Mit Hilfe der Simulation der Betriebsabwicklung kann schließlich die im Betriebsablauf zu erwartende Stabilität beliebiger Fahrpläne überprüft und so eine frühzeitige Qualitätssicherung der zugehörigen Planungen realisiert werden.

This paper focuses on the further development of the asynchronous method to simulate timetable compilation and railway operation. The newly developed simulation strategy and the use of appropriate basic components introduced in the field of timetable compilation lead to a train priorities respecting simulation procedure that can be used for various stages of the railway planning process. The use of existing basic components enables the procedure to employ infrastructure and timetable data from all over the German network already available. The new asynchronous simulation procedure provides improved solutions for classic questions of railway operation science, such as the calculation of infrastructure capacity or the validation of new timetables and operational concepts. It delivers better results because conflicts between train movements are resolved in a more sophisticated way, particularly on single track lines and in complex networks. This is achieved through automatic choice of alternative train-paths, section-wise resolution of conflicts, and the adaptive calculation of different conflict resolution alternatives where the choice is made with the help of target functions. The paper contains an overview on existing railway operation science models and on timetable compilation methods. The algorithmic complexity of automatic timetable compilation is discussed and corresponding mathematical approaches are analysed. It is demonstrated that, due to the combinatorial variety of possible train sequences and train-path alternatives, mathematical approaches require simplified mathematical modelling structures. However, these simplified modelling structures do not contrib-ute to solve the everyday problems of timetable compilation. Whereas the new procedure is based on concepts similar to the basic ideas of the existing support tool for timetable compilation - namely the idea of occupation times for block sections and the specific consideration of conflicts between train movements - and enables new applications in this area by introducing improved strategies of conflict resolution. As a result, the efficiency of IT supported timetable compilation can be improved as the new method creates various conflict resolution alternatives, searches the existing timetable for free train-paths and inserts additional train paths by using remaining infrastructure capacity in an economical manner. The operation simulation procedure embodied in the new technique makes it possible to check the stability of any timetable and thus to provide early quality assurance of timetable planning processes.

OpenAccess:
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