Monetäre Bewertung von Konfliktlösungsmaßnahmen im Eisenbahnverkehr mit Hilfe von Modellen der Betriebssimulation und Verkehrsmittelwahl

Schneider, Marcel; Martin, Ulrich; Nießen, Nils

doi:HT019137597

Monetäre Bewertung von Konfliktlösungsmaßnahmen im Eisenbahnverkehr mit Hilfe von Modellen der Betriebssimulation und Verkehrsmittelwahl = Monetary rating of conflict-resolution scenarios for train services based on simulation and mode-choice models

Schneider, Marcel

2016

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Dipl.-Ing. Marcel Schneider

ImpressumAachen 2016

Umfang1 Online-Ressource (XII, 170, A-10 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2016

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak03

Hauptberichter/Gutachter
Nießen, Nils (Thesis advisor)^RWTH* ; Martin, Ulrich (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2016-09-27

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2016-085554
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/673272/files/673272.pdf
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/673272/files/673272.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

Lehrstuhl für Schienenbahnwesen und Verkehrswirtschaft und Verkehrswissenschaftliches Institut (313110)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Disposition (frei) ; Eisenbahnbetriebssimulation (frei) ; Konfliktlösung (frei) ; Monetäre Bewertung (frei) ; Verkehrsmittelwahl (frei) ; Verspätungen (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 624

Kurzfassung
Um Konflikte zwischen Zügen in der Betriebsabwicklung im Eisenbahnverkehr zu lösen, können verschiedene betriebliche Maßnahmen angewandt werden. Sie basieren in Deutschland unter anderem auf dem Vergleich von Rangziffern, die die Prioritäten der Züge untereinander bestimmen. Die Konfliktlösungen können zeitliche und lokale Auswirkungen auf den niederrangigen Zug haben. Insbesondere die zeitlichen Folgen in Form von Wartezeiten werden in Deutschland für Qualitätsbestimmungen des Eisenbahnbetriebes herangezogen. Darauf aufbauend können wirtschaftliche Auswirkungen infolge von Konfliktlösungen bestimmt werden. In der vorliegenden Arbeit wird die Betrachtung dieser Auswirkungen auf den Endkunden ausgeweitet, indem auch Nachfrageänderungen berücksichtigt werden. Aufgrund von Verspätungen können sich Endkunden gegen den Verkehrsträger Bahn und für konkurrierende Verkehrsmittel entscheiden. Ein Rückgang der Erlöse kann eine Folge daraus sein. Dieser Rückgang führt in Kombination mit den variablen Kosten zu sinkenden Deckungsbeiträgen auf Seiten der Eisenbahnverkehrsunternehmen und letztlich auch der Eisenbahninfrastrukturunternehmen. Für eine monetäre Bewertung von Konfliktlösungsmaßnahmen werden in der vorliegenden Arbeit drei Teilmodule betrachtet, die miteinander gekoppelt werden. Zunächst wird mit Hilfe von Modellen der Eisenbahnbetriebssimulation die rangbasierte Konfliktlösung vorgenommen, welche als Ergebnis die Wartezeiten je Zug liefert. Sie dienen im zweiten Schritt den Verkehrsmittelwahlmodellen als Eingangsgröße, um die Verkehrsnachfrage für den Schienenpersonennah-, Schienenpersonenfern- und Schienengüterverkehr in Form des Modal Split zu bestimmen. Das dritte Teilmodul stellt die Deckungsbeitragsrechnung dar, mit der ein monetärer Wert von Konfliktlösungen beschrieben wird. Hierin werden von den Erlösen die variablen Kosten abgezogen. Die Erlöse werden mit Hilfe von zuggattungsspezifischen und zeitvariablen Daten zu Auslastung, Reisezweckverteilung, Ticket- bzw. Transportpreisen und dem Nachfragefaktor, der den Modal Split beinhaltet, berechnet. Betrachtete Kostenbestandteile sind der Kapitaldienst und die Instandhaltungskosten des Rollmaterials sowie Personal- und Energiekosten. Da das angewandte Simulationstool auf einer mikroskopischen, die Verkehrsmittelwahlmodelle jedoch auf einer makroskopischen Ebene arbeiten, können die Wartezeiten nicht direkt zur Bestimmung des Modal Split verwendet werden. Zu diesem Zweck wird zunächst eine Anpassung vorgenommen, die mit Hilfe eines Kopplungsparameters eine Kombination von Einzel- und Mittelwerten für die Verspätungen vorsieht. Je nach Reise- bzw. Transporthäufigkeit orientiert sich der Endkunde bei seiner Entscheidung für oder gegen das Verkehrsmittel Bahn. Dies geschieht entweder eher aufgrund von Einzelverspätungen infolge von einzelnen Konfliktlösungen oder aber aufgrund vielfach gemachter Erfahrungen, die durch die mittleren Verspätungen repräsentiert werden. Aus variierenden Rangvergaben von Zügen resultieren unterschiedliche Konfliktlösungen und Wartezeiten auf Seiten der Züge und der Endkunden. Mit diesem Ansatz wird schlussendlich eine Rangvergabe gefunden, bei der der monetäre Verlust auf Seiten der Eisenbahnverkehrsunternehmen infolge von Wartezeiten minimiert wird.

There are different ways to resolve conflicts between trains in railway operation. In Germany, they are based on ranking numbers associated with each train which define the priorities between different trains. Resolving a conflict can have an impact on the train with the lower priority with regards to time or location. In particular, the time impact in form of waiting times is used to describe the performance of railway operation. Based on that, the economic impact of conflict-resolution scenario can be evaluated. In this study, the evaluation of the economic impact is extended to the end-customer by means of taking its effect on demand into account. As a result of delays of trains, end-customers may switch to other modes of transport which can result in revenue loss. Combined with variable costs this leads to lower contribution margins for train operating companies and finally for railway infrastructure companies. In this study, three modules are being investigated and coupled with each other to pro-duce a monetary rating of conflict-resolution scenarios. Conflict resolution based on priorities is undertaken through simulation models which produces waiting times for each train as a result. They form the input to mode-choice models to determine the demand in long distance, local and freight traffic in form of the modal split. The third module is the calculation of the contribution margin which allocates a monetary value to re-solving a conflict. As part of this, the variable costs are deducted from the revenues. Revenues are calculated based on train-type specific and time-variable data with regards to load factor, travel purpose, ticket or good pricing and the demand factor which includes the modal split. The cost elements considered include capital and maintenance costs for the rolling stock as well as staff and energy costs. Due to the fact that the simulation tool operates on a microscopic layer whereas the mode-choice models relate to a macroscopic layer, the waiting times cannot be directly used to determine the modal split. Therefore, an adaptation is undertaken first which consists of a combination of individual and average values. Depending on the frequency of travel, the end-customers take their decisions for or against rail either based on individual delay events as a result of conflict resolution or because of previous experience which is represented by average lateness. Different set priorities for trains can lead to different resolution of conflicts and therefore also to different waiting times of trains and to end-customers. Subsequently, priorities can be set with this approach in such a way that the monetary loss for train operating companies as a result of waiting times is minimised.

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